介绍了空间激光冷却原子钟地面原理样机的实验进展。该样机是以在空间微重力条件下应用为目标而研制的超高精度激光冷却铷原子钟，主要由物理单元、光学单元、微波单元和控制单元四个部分组成。该原理样机已经成功研制了空间冷原子钟所需要的超高真空系统、激光冷却光学平台、高性能微波源以及微波环形腔，实现了全过程自动运行，并获得了在地面重力条件下标志原子钟信号精度的Ramsey 条纹，确定了高精度空间冷原子钟的主要科学参数和技术指标，为进一步空间工程应用奠定了科学和技术基础。

介绍了一种基于空间冷原子铷钟的激光冷却光学平台设计。该平台是我国以空间工程应用为目标而研制的激光冷却原子光学平台，能够为空间冷原子钟提供5路连续单模稳频激光，用于冷原子的制备、操控、选态和探测。该平台采用分布布拉格反射(DBR)激光器作为87Rb原子激光冷却光源，所有光机组件通过小型化、模块化设计集成在一块300 mm×290 mm×10 mm的铝基碳化硅基板上，通过力学仿真分析优化结构设计、热仿真分析优化基板热设计，使该平台满足航天设备设计要求。经过地面严格的环模实验测试，证明该光学平台同时具备高精度、高稳定性和高可靠性，可长时间稳定工作而无需人工调节，可广泛应用于各种需要激光冷却操控原子技术的科学研究和工程项目。

根据Ramsey-CPT原子频标对脉冲微波源高性能小型化的要求, 采用直接数字频率合成器激励锁相环频率合成器, 再结合可编程数字功率衰减器和阻抗匹配电路,从而实现具有高稳定度、高分辨率、快跳频速度、低相位噪声、 小体积、小步长扫描的脉冲微波源。比较应用于Ramsey-CPT原子频标的脉冲微波源方案,介绍脉冲微波源的基本原理, 简述其具体实现方法,并通过仿真优化得到最佳的输出性能。实现的脉冲微波源具有优良的技术性能, 进一步提高了Ramsey-CPT原子频标输出频率的性能。同时,达到了设计小型化的要求,有利于Ramsey-CPT原子频标的便携式应用。

介绍了为实现小型化相干布居囚禁(CPT)原子频标的激光频率锁定, 用以现场可编程门阵列(FPGA)为核心的数字控制电路将激光频率锁定在多普勒吸收峰的工作。以同样的控制方法将微波频率锁定在电磁感应透明(EIT)峰上之后, 实现了CPT原子频标样机整机锁定。基于FPGA用Verilog语言实现的CPT原子频标数字伺服系统具有电路结构清晰紧凑、参数设置更改方便、程序查错容易、功耗低、温度系数小等优点。受益于语言编写及数字电路的特点, 系统具有移植性和一致性好的优点。所研制出的CPT频标样机功耗4 W, 稳定度达到6×10－11τ－1/2, 表明该数字伺服电路方案是可行的。

研究了铯原子喷泉频标中存在的各种辐射频移，包括微波频谱边带频移、Bloch-Siegert效应、相邻π跃迁引起的频移、斯塔克效应、黑体辐射频移和Majorana效应等，分析了产生各种频移的物理原因，推导了各种频移的计算公式，估算了各种频移及其不确定度的大小，分析了它们对频标准确度的影响，提出了减小各种频移或误差以提高频标准确度的方法。研究所得结果对于正确评定铯原子喷泉频标的准确度和探索提高其准确度的途径具有重要意义，对于铯原子喷泉频标的设计也具有现实的指导意义。