原子钟是迄今为止最精确的时间基准设备,为国际原子时报数提供时间基准。根据钟跃迁频段不同,原子钟划分为微波钟和光钟两种类别。为建设高精度的时间频率标准,本课题组正在开展基于量子逻辑技术的镁-铝离子光钟研究。我们完成了离子囚禁系统、光路系统以及控制系统的设计,搭建了铝离子光钟实验平台,并成功探测到量子逻辑跃迁信号和钟跃迁信号。在该背景下,本论文展开了光钟闭环锁定和稳定度优化的研究,主要完成工作如下所述:1.在“四点锁定”前提下,完成磁场展宽、死区时间对光钟稳定度噪声贡献项的理论计算,指出在现有实验室条件下镁-铝离子光钟的量子投影噪声极限为4.5×10-15/（?）,迪克效应为 4.6×10-16/（?）。2.通过建模仿真分析,从减小超稳激光迪克效应和光钟量子投影噪声两个方面着手,优化镁-铝离子光钟稳定度。实现三阶拉曼边带冷却实验系统的建模仿真,表明一阶、二阶、三阶交替拉曼边带冷却可以提高离子冷却效率,减小死区时间,进而达到抑制迪克效应的目的。定量分析平均振动声子数和拉比跃迁频率的关系,指出三维拉曼边带冷却可以提升量子逻辑谱信噪比,提高钟跃迁态判断准确度,进而达到减小量子投影噪声的目标。为实现三维拉曼边带冷却,完成基于ARTIQ的部分实验控制系统模块升级及功能优化,获得纳秒级响应精度的新控制系统。3.完成光钟闭环锁定原理验证实验。包括闭环锁定方案设计、程序编写、实验实现三个方面。通过两点锁定的方式,先后完成微波频段和光频段离子跃迁的闭环锁定,25Mg+离子微波共振跃迁锁定稳定度为2.8× 10-7/（?）,27Al+离子3P1态跃迁锁定稳定度为 2.2×10-12/（?）。上述工作为课题组实现光钟跃迁的线宽压窄和闭环锁定打下了基础。