氢原子钟，是一种高精度的现代时间和频率标准，主要应用在航空航天等需要高精度频率标准的场合，并在导航、雷达、数字通讯、同步系统和天文学、地球物理学、计量等基础领域都有着重要的应用。　　 本文主要对氢原子钟束光学实验系统中的氢分子电离与粒子成像部分进行理论研究和指标分析，完成软硬件的设计与实现。通过对束光学实验系统中电离出的高能态氢原子束空间分布的粒子成像，分析确定选态磁铁到储存泡口的最佳距离，以提高高能态氢原子进入储存泡的比率。　　 文章首先介绍了量子频标、原子钟的发展、应用，以及国内外的现状。在此基础上，简要介绍了氢原子钟的基础理论，论述了近年来氢原子钟小型化的趋势和关键参数，分析了束光学实验系统的研制背景与意义；本文给出了氢原子钟的物理结构与束光学实验系统的组成；系统地介绍了氢原子钟氢分子电离的物理机理、电离状态的选定、离解方式的选择以及天线、功率源的设计实现；提出了系统的搭建方案；完成了多丝成像靶、检测电路的设计制作，实验结果的分析验证。