碱金属气室是基于原子无自旋交换碰撞弛豫的超高灵敏惯性和磁场测量装置的核心敏感器件。 碱金属气室内气体的含量会对原子的弛豫以及系统其他参数的选取产生很大的影响, 因此精密测量气室内混合气体各自的压强具有重要的意义。 当气室内存在气体时谱线会出现压力展宽和频移, 且压力展宽远大于自然展宽和多普勒展宽, 因此仅考虑压力展宽。 利用压力展宽、 频移的大小与气体压强存在的函数关系, 提出一种基于原子吸收光谱的碱金属气室内多种混合气体压强测量方法。 通过扫描碱金属原子的吸收光谱, 得到光学深度曲线, 并用洛伦兹函数对其拟合, 测得多种混合气体引起的单种碱金属原子的混叠压力展宽和频移, 再根据已知的单种、 单位压强气体引起的单种碱金属原子的压力展宽和频移, 联立计算得到多种气体各自的压强。 当存在n种碱金属时, 最多可以测量4n种混合气体的压强。 仿真结果表明, 该方法适用于入射激光未被原子完全吸收的情况; 激光功率和频率的波动在1%～10%的数量级时, 测量精度影响低于0.4%的数量级, 而温度波动在1%～10%的数量级时, 测量精度影响高达30%的数量级。

设计了由超低膨胀玻璃材料制作的光学法布里珀罗(F-P)腔及其真空控温系统, 通过双重控温系统实现了F-P腔在环境温度为10~40 ℃范围的精确控制, 该系统在 24 h内的温度波动约为±0.004 ℃。通过分析F-P腔的共振频率和铯原子饱和吸收谱, 获得了F-P腔的共振频率和腔体材料膨胀系数随温度的变化。通过对测得的数据进行拟合, 可以精确确定零膨胀温度为29.286±0.057 ℃。所提出的温度控制系统有望获得热稳定度为3.494×10-14的光学频率标准。

设计并实现了一种低功耗、小型化、可长期稳定运行的自动稳频激光系统。通过设计并实现高效率、低纹波的电压源，较大幅度地降低了整个系统的功耗和体积；通过设计并实现高性能温度控制电路、电流控制电路和稳频电路，得到了线宽较窄、频率稳定度较高的输出激光。该系统能够自动长期稳频，输出激光线宽约为1 MHz，稳定度指标为秒稳定度1.43×10-10，十秒稳定度3.90×10-11，百秒稳定度1.28×10-11，千秒稳定度2.25×10-11。在稳定度略优于商用外腔半导体激光器的前提下，该激光系统电源体积缩小了约85%，整机功耗降低了约90%，为实现半导体稳频激光系统的低功耗和小型化提供了一种新的方案。

实现了一种新的稳频方案。通过对饱和吸收信号进行检测，得到半导体激光器频率的变化量，利用温度粗调、电流细调的方法对半导体激光器进行稳频，根据此思路设计了基于单片机控制的稳频系统的硬件电路及软件辅助锁频程序。经实验验证，该系统实现了开机自动稳频，已经连续稳定工作超过180天，得到秒级稳定度4.57×10-11，千秒级稳定度3×10-12，近万秒级稳定度2.78×10-12的稳定度指标。为实现稳频半导体激光器的小型化和模块化提供了一种途径。

采用共焦法布里珀罗腔(CFP)作为桥梁，可以实现不在原子、分子跃迁线附近的单频激光器相对于原子、分子跃迁线的锁定，从而可以有效地抑制激光频率的漂移。在实验中通过射频频率调制光谱技术结合饱和吸收光谱(SAS)将自制852nm光栅外腔反馈半导体激光器锁定到铯6S1/2 Fg=4-6P3/2 Fe=4、5交叉线上，通过Pound-Drever-Hall(PDH)射频边带技术将作为桥梁的共焦法布里珀罗腔锁定在852 nm激光频率上。再通过PDH方法将830 nm和908 nm两台远离铯原子D2线的外腔半导体激光器同时锁定在作为桥梁的共焦法布里珀罗腔上，实现了830 nm和908 nm两台激光器相对于铯原子跃迁线的锁定。由锁定后的误差信号估算，20 s内852 nm激光器相对于铯原子Fg=4-Fe=4、5交叉线的频率起伏小于±540 kHz，830 nm、908 nm激光器相对于共焦法布里珀罗腔的频率起伏分别小于±340 kHz和±60 kHz，共焦法布里珀罗腔相对于852 nm激光的频率起伏小于±550 kHz。

实现了一种可靠而又简单的用Doppler展宽的Zeeman光谱对连续单纵模钛宝石激光器进行稳频的方法.这种方法所需激光输出功率小于1 mW,激光器频率的长期稳定度小于1 MHz/h,且不受激光输出功率起伏的影响,频率锁定点可以在多谱勒展宽范围里随意调节.