本文综述了从传统的计时标准到铯束频标，再到现在准确度最高的原子喷泉频标的整个时间计量标准的发展过程，并对原子喷泉频标的工作原理以及进展情况做了介绍。在此基础上开展了铯原子喷泉频标的实验研究工作。首次在国内实现了铯气室中直接捕获的铯原子光学粘团，得到了温度为5μk的超冷原子。并在国内现有的实验条件下新建立了一套实用的铯原子喷泉实验系统。　　在进行原子喷泉实验过程中，对一些相关的实验现象和物理机制进行了研究，主要工作包括以下几个方面:　　(1)大功率半导体激光器的性能限制了它在激光冷却领域中的应用。本实验室曾对半导体激光器的注入锁定进行过物理分析和简单计算，但并没有给出注入锁定建立过程完整的理论模型。本文利用模式竞争理论和带注入项的速率方程，建立了边模注入锁定的理论模型。实验上实现了与自由运转频率相差1300GHz的大功率半导体激光器的边模注入锁定，并利用饱和吸收谱和光学外差拍方法详细研究了锁定后主从激光器之间的相干转移特性，测量了注入锁定模式建立过程和注入光功率与锁频范围的关系。理论计算结果很好地解释了实验现象。　　(2)由于磁光阱具有囚禁势阱深，囚禁时间长的特点，因此在原子喷泉实验中常被用来作为捕获并冷却原子的一种常用手段。我们在利用磁光阱技术囚禁铯原子的实验过程中，发现在入射共振光激发的条件下，随入射光偏振方向的变化，原子自发辐射的荧光强度在零磁场附近会出现明显的亮暗变化。这是经典的汉勒效应在磁光阱中的表现形式。针对铯原子基态与激发态共涉及20个子能级的跃迁矩阵元，我们利用量子理论计算了铯原子超精细结构的汉勒效应，理论计算结果与实验观察到的现象相符合。　　另外，在磁光阱实验中还观察到随冷却光的准直，失谐，光强等参量的变化，磁光阱中囚禁原子云的形状会形成环形，中心带核的环形以及在空间完全分离的多个原子云团的分布。为了解释囚禁原子在阱中的多种分布形式，精确计算了磁光阱中囚禁势的表达形式。在此基础之上，建立了一个简单的依据磁光阱中的一个两能级原子的受力模型来解释磁光阱中囚禁原子团的各种空间分布形式。原子在磁光阱中的运动情况非常复杂，对磁光阱性质的深入研究对于分析原子在磁光阱中的运动行为具有重要意义。　　(3)与磁光阱不同的是，光学粘团中没有回复力的作用，囚禁原子对冷却光的失谐，准直，偏振等参量的要求更加严格。在精细调整冷却光的各种参量的基础上，成功的直接从铯气室中捕获了铯原子的光学粘团。在实验上详细介绍了光学粘团的实现过程，利用飞行时间方法测量了粘团中冷原子温度，并对影响光学粘团温度的因素进行了讨论。　　(4)在原子喷泉实验中，由于要对粘团中的冷原子进行进一步降温、上抛、下落、探测等一系列的操作，因此要对冷却光的频率、光强及冷却光的开关进行一系列的控制。针对以上实现原子喷泉的各种技术指标要求，仔细考虑了光路中各种光学元件对喷泉光学系统性能的影响。在对各种光学元件性能综合考虑的基础上，提出并建立了一套用于进行激光冷却和上抛的新的铯原子喷泉光学系统实验装置，使光强控制，失谐调整，光束开关，光束质量等多种参量的控制达到了技术指标，为下一步实现原子的上抛，观测喷泉的Ramsey信号奠定了坚实的基础。