时间和人类生产生活息息相关,时间计量手段的精确程度,极大地影响了各行各业的发展。近年来围绕时间计量工具--中性原子钟展开的研究越来越多,使得中性原子光钟的不确定度和稳定度得到大幅提高,成为目前最精确的计时工具。在众多种类的光钟系统中,以金属锶作为中性原子的光钟系统,最有可能成为新一代时间频率基准的计量工具。目前实验室中锶光钟的频率不确定度最高能达到10^-19,但是实验室的锶光钟系统庞大且复杂,移动性差,这极大地限制了其在工业和其他科研领域上的应用。本论文依托空间锶原子光钟计划展开研究,主要工作集中在空间锶光钟物理系统的小型化和一级冷却光路的集成化设计,所完成工作具体如下:（1）本文首先针对光学原子钟物理系统进行优化,分别讨论了各组件在体积、功耗和结构稳定性上的改进,设计了低功耗内加热锶原子炉、在物理系统上集成锁频装置和小型线圈外置磁光阱腔。（2）聚焦于小体积、低能耗和高减速效率的Zeeman减速器的研制,首先在12组通电线圈磁场的基础上制作了环状永磁体,但是测得永磁体在MOT腔中心位置剩余磁场仍有27Gauss,严重影响锶原子的一级冷却与俘获。针对这一问题我们研制了长度为10cm的小型线圈减速器,同时为减少线圈发热进一步提出对称磁场理论。（3）对一级冷却光路进行集成化处理,考虑到倍频激光器内部组件复杂、抗震性能差,因此本文采用结构更为简单的外腔半导体激光器,同时用注入锁定技术解决461nm激光功率不足问题。加入注入锁定光路后,对一级光路进行重新设计,将整个光路集成在0.56m×0.44m的双层面板上,同时用光纤光路替代部分空间光路,增强了系统的模块化和抗震性能。（4）对物理系统各部件改进之后,利用装配的物理系统和集成化光学面板,实验上完成锶原子的一级冷却与俘获,通过多普勒测速法得知,在Zeeman减速磁场和减速光作用下,锶原子群的最概然速度由460m/s降低到75m/s;通过荧光收集法测出俘获原子数目可知,仅有461nm俘获光时受俘原子数目为2×10⁶,在加入679nm和707nm反抽运光后,俘获原子数目为1.34×10⁷;通过短程飞行时间法测受俘原子团温度,结果为11mk。