Mz光泵原子磁强计用于探测微弱磁场大小,具有灵敏度高、功耗低和可芯片化等特点,广泛应用在矿产勘探、定位导航和军事反潜等领域。本论文针对小型Mz光泵原子磁强计(以下简称Mz磁强计)展开设计和研究,论文工作主要分为以下几个方面:第一,对Mz磁强计的物理系统参数展开实验研究,包括激光功率和射频场强,获得了磁共振信号幅度-线宽的比值分别随两个参数变化的规律曲线,分析曲线特性得到了最佳参数值,为磁强计样机的参数优化提供了参考依据。分析了磁强计物理系统和电子学系统中的各类系统噪声特性,其中FM-AM噪声和散弹噪声为影响磁强计灵敏度指标的主要噪声。第二,为了在磁强计灵敏度标定中提供标准均匀磁场,我们探究了不同结构类型线圈的磁场均匀性,经仿真计算,四段巴凯尔线圈在磁场空间(?)6cm×5cm内均匀性优于0.001%,远高于圆形亥姆霍兹线圈,为选择三维标准磁场线圈的结构式样和尺寸提供了参考依据。此外,我们根据对气室空间内射频磁场的均匀性要求,结合磁强计探头内物理系统的组装结构,选用圆形亥姆霍兹线圈式样设计了射频线圈的结构和尺寸。第三,对磁强计原子气室的加热温控系统展开了设计优化工作。在加热电路中采用高频电加热方式,结合双绞线加热丝结构对原子气室进行加热,有效抑制了加热电流产生的磁场干扰;选取高分辨率的24位ADS1211芯片对电桥电压进行采集。软件算法上,采用增量式PID算法反馈控制温度。设计实现的温控系统控温精度达12mK,对提高磁强计的灵敏度指标具有重要意义。