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本学位论文的内容主要是围绕着作者在攻读博士学位期间的两项主要工作展开的:一项工作是积分球冷却铷原子的研究;另一项工作是小型化积分球冷原子钟的建立。
本论文的第二章、第三章首先对激光冷却以及原子频标两方面内容作了简单介绍，包括发展历史、现状以及相关理论知识。因为作者博士期间的工作主要是围绕积分球冷却展开的，所以这里也简单介绍了利用积分球产生全同光场来实现激光冷却中性原子的相关内容以及其在小型化冷原子钟研制领域的特点，比如这种冷却技术所捕获的冷原子数量多、密度低、效率高，并且具有低功耗、全光冷却的优点。而这些特点使得积分球冷却在建立小型化冷原子钟方面具有极大的潜力。
关于积分球冷却方面，论文首先从积分球冷却87Rb原子入手，详细介绍了如何实现积分球捕获85Rb原子，这项研究是利用积分球冷却技术实现87Rb-85Rb冷分子研究的重要一步。本文在4.3节详细的介绍了作者所做的关于测量积分球内冷原子密度分布的研究工作，这项工作不但使人们对于积分球内冷原子的分布有了清楚地认识，而且还为积分球冷原子频标的相关研究奠定了基础。除此之外，这一章还介绍了作者所做的关于积分球内冷原子的装载与寿命、温度测量以及实现快速冷却方面的工作。这些工作为建立积分球冷原子钟做了技术准备。
积分球冷原子钟也是小型化冷原子频标的一种。这是作者博士期间的另一项主要工作，在第五章中进行了详细的介绍。首先从实验装置入手，逐步介绍了实验获得的Ramsey干涉条纹(通过升级系统，对比度为～81％，信噪比～100)，并从理论上和实验上讨论了积分球中影响冷原子相干时间的因素（详细分析了碰撞退相干因素以及热扩散效应）。这些研究为提高Ramsey条纹的对比度，获得更窄线宽的钟跃迁信号提供了理论依据。积分球冷原子钟的初步闭环结果并不是太理想，作者对影响因素进行了简单分析。最后，根据研究经验，在5.5节介绍了一种新的积分球冷原子钟光路耦合的设计方案，该方案可以最大限度的减少系统不必要的开孔，使内部的微波场和C(-)场更均匀，便于集成并能够增强系统的稳定性。