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本论文报道了作者关于喷泉钟升级的一些研究工作，包括上海光机所量子光学重点实验室87Rb喷泉原子钟微波源、空间冷原子钟微波谐振腔的设计研制工作以及85Rb喷泉实验的一些初步进展，还有作者在巴黎天文台LNE-SYRTE做访问学者期间所做的光纤干涉仪稳频激光器和飞秒光梳产生低噪声微波信号的工作。
随着原子冷却技术的发展，冷原子喷泉钟已经成为目前世界上最为精确的频率标准。作为喷泉原子钟系统的重要组成部分，微波源对其稳定度指标起着至关重要的作用。本论文中系统地描述了87Rb喷泉钟微波源的设计与制作以及对其的改进。完成的微波源在载波6.8GHz时相位噪声达到了-60dBc/-Hz@1Hz，-100dBc/Hz@1kHz。其附加频率不稳定度达到2×10-14@1s和2×10-16@10000s。这个相位噪声对喷泉造成的由于“Dick”效应而产生的频率不稳定度为1.8×10-13×τ-1/2。作为精确度更高的空间冷原子钟，由于其在微重力下运行，微波谐振腔和地面喷泉钟完全不一样。本论文报道了一种适用于空间冷原子钟环形微波谐振腔，它的基模频率为钟跃迁频率，固有品质因数约为10000，温度系数约为850kHz/℃。85Rb原子由于其相较于87Rb原子在原子冷却方面具有的优势以及其钟跃迁能级冷碰撞频移符号相反而有可能消除冷碰撞频移的有趣特性，有望成为冷原子喷泉钟新的工作介质。在论文中，我们对85Rb原子喷泉做了初步的实验研究，获得至少6.2×106的信号原子与2.4μK的冷却温度。
除此之外，作者在巴黎天文台LNE-SYRTE做访问学者期间，进行了光纤干涉仪稳频激光器和飞秒光梳微波链路的工作。论文中详细报道了一种低振动灵敏度光纤干涉仪的设计。完成的光纤干涉仪的振动灵敏度小于1×10-11/ms-2，并在此基础上实现了无隔振措施的光纤干涉仪稳频激光器，其频率噪声从20Hz到几个kHz的范围内已经与超稳腔稳频激光器相当，在1Hz处小于1Hz2/Hz。同时论文中还报道了飞秒光梳采用马赫-曾德光纤干涉仪对其脉冲重复率进行倍增的方法，使得光电管探测光梳脉冲产生的微波信噪比提高了约20dB。在实验上实现了对砷化镓PIN光电管幅度-相位转化(EPC)系数的测量，光电管在EPC零点附近工作时，整个光梳微波链的残留噪声达到了-118dBc/Hz，在远频端(10MHz)达到了-160dBc/Hz（12GHz载波）。设计了超低噪声的相噪测量系统，其测量噪底为-164dBc/Hz(大于100kHz)，达到了光电管的散弹噪声极限。