星载原子钟是卫星导航系统的核心部件,国防需求的提高和科学技术的高速发展,对其稳定度性能提出了更高的要求。现阶段我国的星载原子钟主要是传统铷钟,而各种研究表明,与传统铷原子钟相比,脉冲激光抽运（POP）铷原子钟具有更小的光频移和腔牵引频移,从而可以实现更好的频率稳定度。本文围绕POP铷原子钟开展了相关研究,包括研制了POP铷原子钟的自动化控制系统,实现了POP铷原子钟Ramsey条纹的高效采集与原子钟的闭环锁定;开展了铷原子钟跃迁相关的弛豫时间测量,解决了光探测自旋回波（ODSE）方法拟合误差大的问题,同时使用微波法测量了钟跃迁的弛豫时间;探索了新的探测方法,实验比较了吸收法、差分探测法和偏振探测法的原子钟信噪比。具体的研究内容如下:1)基于Labwindows设计了一套POP铷原子钟的测试和闭环锁定程序。（a）利用数据采集卡输出POP铷原子钟时序,通过对实际输出的光信号和微波信号的测量,优化了时序信号的间隔时间,将抽运光与第一个微波脉冲信号的间隔时间以及第二个微波脉冲信号与探测光信号间隔时间都控制在5ns以内,降低了光信号与微波信号的重叠时间。（b）POP铷原子钟的测试程序同步控制微波信号源的频率和功率值,采集光电探测器或者微波检波器的原子钟数据,实现了高效的Ramsey条纹扫描;通过闭环锁定程序计算和输出闭环锁定晶振的反馈电压,实现了原子钟的闭环锁定。通过程序自动采集信号,可以快速方便的调节各个参量（微波功率、微波频率、时序周期、探测时间等）,以及测量各个物理参数对原子钟的影响,从而为原子钟的优化提高了效率。2)弛豫时间的测量,包括理论分析求解,建立了几种弛豫时间测量的数据拟合公式。特别是对于ODSE方法,通过模型计算得到了更加准确的数据拟合公式,降低弛豫时间的实验数据拟合误差,实验结果表明这种方法能够抑制磁场梯度对弛豫时间影响,相对于其他光学方法至少10%的测量误差,这种方法的误差只有3%。光探测法测量的纵向弛豫时间包括了所有Zeeamn子能级的影响,我们通过微波探测方法,测量了钟跃迁能级的横向和纵向弛豫时间。测量结果表明,纵向弛豫时间误差仅为4%,横向弛豫时间误差为7%。3)比较了POP铷原子钟的三种探测方法:吸收法、差分探测法、正交偏振探测方法。在吸收法探测方法,对整个系统各种物理参数进行了优化。在差分探测方法中,测量了物理系统前半波片的旋转角度与Ramsey中心条纹信噪比的关系,结果表明,在27.5度时,信噪比最大。对差分探测方法和正交偏振探测方法的信噪比进行了实验对比,差分探测方法是偏振探测方法的2.5倍。4)设计了一种适用于铷原子钟的新型TE01U微波腔,采用HFSS软件对其进行了仿真,比较了新型TE01U微波腔和传统TE011型微波腔的轴向、径向磁场分布,表明其具有轴向磁场均匀性高、方向性好的优点。5)从Ramsey信号幅度以及温度频移出发,测量了符合短期和长期稳定度物理系统最优工作温度点,结果表明在氩气与氮气压强比为1:1.5的条件下,铷原子气泡温度设定65℃时,Ramsey中心条纹的幅度最大,并且温度频移最小。