本文围绕铯原子四能级主动光钟这一概念展开。主要分为两大部分，一部分是为了得到铯原子四能级主动光钟455 nm波长的泵浦光，对铯原子法拉第反常色散滤光器进行的研究;另一部分是对铯原子四能级主动光钟的有关理论和实验所进行的研究。　　在铯原子气体中实现了一种接近于自然线宽的新型原子滤光器，滤光器工作波长为455 nm，对应于铯原子的6S1/2→7P3/2跃迁，滤光器的工作原理是结合了饱和吸收效应和法拉第效应实现的。对应于6S1/2，F=4→7P3/2，F=5跃迁的透射峰，透射率为9.7％，线宽为6.2 MHz;而对应于6S1/2，F=3→7P3/2，F=2，3交叉跃迁的透射峰，透射率为6.1％，线宽为3.9 MHz。滤光器的线宽接近于自然线宽，相比于传统的法拉第反常色散原子滤光器的线宽降低了大约两个数量级，这是目前在实验上实现的线宽最窄的法拉第反常色散滤光器。除此之外，还实现了一种单峰透射铯原子法拉第反常色散滤光器。滤光器的工作波长为455 nm，对应于铯原子6S1/2，F=4→7P3/2，F=3，4，5跃迁。此滤光器实现了单峰透射，透射率高达86％，使用饱和谱做参考信号，测得滤光器线宽为1.5 GHz。与其他大多数偏离原子跃迁频率的滤光器相比，该滤光器工作频率与原子的跃迁频率一致，并且透射率高。使用单峰透射滤光器作为关键的选频元器件，在实验上实现了对455 nm激光器的稳频，用来作为铯原子四能级主动光钟的泵浦光。　　本文还提出了铯原子四能级主动光钟的模型。四能级结构相较于三能级结构可以有效降低泵浦光带来的光频移。我们提出的铯原子四能级主动光钟输出激光波长为1469 nm，对应的跃迁为7S1/2→6P3/2，工作在坏腔激光模式。首先，对铯原子四能级主动光钟进行了详细地理论计算。使用密度矩阵方程的方法，计算了腔内的平均光子数，还计算了输出激光的功率和线宽等参数。其次，验证了7S1/2与6P3/2两能级间存在粒子数反转。通过计算得到，在稳态情况下，5.8％的原子在7S1/2能级，而2.9％的原子在6P3/2能级，进一步计算得到852.1 nm、894.3 nm、1342.8 nm、1359.2 nm、1360.6nm以及1469.9 nm的相对光谱强度之比为45.3∶17.9∶1∶10.9∶8.3∶18.4，在实验上通过对荧光强度的测量，得到的852.1 nm与894.3 nm相对强度之比为2.538，这与理论值2.531吻合，而测得1342.8 nm、1359.2 nm、1360.6 nm以及1469.9 nm的相对光谱强度为1∶10.0∶8.7∶17.5，这与理论值1∶10.9∶8.3∶18.4也吻合，这样就验证了两能级间确实存在粒子数反转。　　最后，将铯原子四能级主动光钟的实验装置搭建完成。整个装置分为四个部分，包括泵浦激光及其稳频系统、温控系统、主动光钟腔镜系统和光路校准系统，对每一部分装置都进行了详细分析及测试。