光频标是目前原子频标发展的主要趋势。相比于微波频标,光频标的性能指标有量级上的提高,如何评估光频标的性能是所有光频标研究人员所关心的,也是光频标被认可的必经之路。基于单个钙离子囚禁体系,我们实现了两套钙离子光频标,通过对两套钙离子光频标比对测量实验以及相关实验的研究,提高了钙离子光频标的性能。本文对我博士期间的工作进行了总结,主要内容如下：1.搭建了第二套钙离子光频标系统,包括离子阱结构、真空系统、磁屏蔽层等的设计。完成单离子信号的优化,磁场的控制等实验,实现了第二套光频标的闭环锁定。2.改进了729nm窄线宽激光系统,得到729nm激光线宽约为1Hz,1-60s短期稳定度优于2E-15。3.优化了两套离子阱的离子囚禁系统,两套阱均能实现单离子的长时间囚禁,其中第一套阱最长的囚禁时间已达一个月以上。实现了两套钙离子光频标的比对测量,根据比对测量结果可知,两套光频标的10000s稳定度达到1E-16。4.首次在离子体系中测量了魔幻波长,测量精度与目前最好水平相当。同时,根据测得的魔幻波长,推导出了振子强度比,初步研究了激光线偏振方向与魔幻波长的关系,为原子精细结构的研究提供了实验依据。