原子钟是目前最精确计时仪器和频率标准,在定位与导航、航空航天、高速调频通信、守时与授时等领域有着广泛的应用。然而传统的原子钟体积和功耗较大,限制了其在以上领域的应用范围。基于的相干布局囚禁原理（Coherent population trapping,CPT）和微电子机械系统（Micro-Electro-Mechanical System,MEMS）技术的CPT原子钟,采用激光激发碱金属原子跃迁代替了传统的微波激励,与传统原子钟相比,具有体积小、功耗低、稳定度高等优势,是目前唯一从原理上可实现芯片化的原子钟,在高精度时间标准领域有着广泛的应用前景。国外已经有成熟的CPT原子钟产品问世,国内由于CPT原子钟起步较晚,取得了一定的成就,但目前尚无成熟的产品,因此在CPT原子钟技术领域取得突破具有非常重要的意义。CPT原子钟可分为物理系统和电路控制系统两大部分,物理系统是CPT原子钟微型化发展的关键。本文以CPT原子钟物理系统为研究对象,对物理系统关键部分微型化制作工艺展开了研究。文章主要工作简述如下:首先对CPT原子钟国内外研究现状作了简要回顾,并以⁸⁷Rb原子的超能级结构系统为例,介绍了CPT现象的基本原理,分析了影响CPT原子钟稳定度的主要因素。其次,原子气室是CPT原子钟物理系统的核心。本文总结了目前国内外MEMS原子气室的主要制作工艺,分析了各种工艺的优缺点,结合了化学反应法操作简单与光分解法无杂质干扰的优势,采用了先键合再反应的方式实现了原子气室的封装,并搭建了原子气室吸收谱线测试平台,得到了初步测试结果。同时,深硅刻蚀工艺与阳极键合技术是原子气室制备过程中最关键的两项技术。深硅刻蚀的速率取决于刻蚀深度与刻蚀结构的纵横比,为研究套刻沟槽结构宽度与刻蚀深度的关系,使用光刻胶作为掩膜,对刻蚀过程中不同沟槽宽度与刻蚀深度进行了研究,分析了不同结构尺寸下刻蚀速率存在差异的原因。阳极键合质量直接决定了原子气室的气密性能,本文通过大量的实验总结出一套完整的阳极键合程序,可用于未来原子气室批量化生产。最后,传统的原子钟物理系统集成方案各部分均为分立元件,体积较大,微型化制作较为困难。本文利用制作的原子气室,以MEMS技术为基础,详细介绍了光源系统、光路系统、温控系统、磁场及磁屏蔽系统、探测系统的设计过程,并设计了CPT原子钟物理系统整体集成方案,对CPT原子钟物理系统集成奠定了基础。