采用垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)作为光源的相干布居囚禁(Coherent Population Trapping，CPT)原子钟具有小体积、低功耗等优点，结合微电子机械系统(microelectromechanical systems，MEMS)制造技术，可实现小型化、芯片化，在便携式移动设备、GPS接收机、小型水下通信器等小型设备应用中具有独特优势。CPT原子钟目前的方案普遍采用单一圆偏振光与碱金属原子作用，从透射光中提取窄线宽的CPT信号用于稳定原子钟的输出频率。该方案存在极化暗态，降低了原子利用率，存在较强的无用光本底信号，较大的激光噪声等，这些因素都会降低CPT信号质量，从而影响CPT原子钟短期频率稳定度的提高。针对这些问题，本文对CPT原子钟进行了新方案探索并开展相关研究，在保证CPT原子钟小体积、低功耗的前提下，探究可以改善CPT原子钟短期频率稳定度的方法，主要研究内容如下：
　　(1)提出并研究了一种磁光旋转(Magneto Optic Rotation, MOR)CPT原子钟方案。通过半经典理论推导，研究了磁场与双色光的电场强度对MOR-CPT信号的幅度、线宽及q值的影响，预估了小型MOR-CPT原子钟的短期频率稳定度。研究结果表明，与一般的小型lin//linCPT原子钟相比，小型MOR-CPT原子钟的短期频率稳定度可以提高一个量级以上。
　　(2)提出并研究了一种椭圆偏振(Elliptically Polarized，EP)CPT原子钟方案。通过半经典理论推导了EP-CPT信号及其幅度、线宽的解析表达式，通过EP-CPT实验获得芯片EP-CPT原子钟的短期频率稳定度指标。研究结果表明，在体积、功耗相当的条件下，芯片EP-CPT原子钟的短期频率稳定度相比于采用单一圆偏振光方案的芯片CPT原子钟可以提高三倍左右。
　　(3)提出并研究了一种MORRamsey-CPT原子钟方案。通过半经典理论求解相应的密度矩阵方程，获得了MORRamsey-CPT信号的解析表达式，搭建了相应的实验系统，从实验上获得MORRamsey-CPT信号，并与理论计算结果进行对比，研究了MORRamsey-CPT信号的幅度、线宽、q值随磁场与自由演化时间的变化关系。研究结果表明，实验获得的信号与由解析表达式计算得到的信号基本相符，由理论计算获得的解析表达式可正确用于描述MORRamsey-CPT方案。