全光铯(Cs)原子磁力仪是一种高灵敏度弱磁检测仪,核心器件Cs原子气室的工作温度直接决定了原子磁力仪的灵敏度。实验系统中采用频率锁定在Cs原子D1线F=3→F′=4共振线的圆偏振光极化Cs原子,检测光采用频率锁定在Cs原子D2线F=4→F′=5共振线的线偏振光,检测介质的圆二向色性。实验发现,随着Cs原子气室工作温度的升高,磁力仪输出信号幅度先增加然后逐渐衰减,而磁力仪的线宽近似线性增加。实验测试了温度由25 ℃升高至45 ℃时的磁力仪输出信号,结果表明:当温度为37.6 ℃时,原子磁力仪达到最佳灵敏度。

介绍了基于共振吸收法检测椭圆率变化的全光铯原子磁力仪的基本原理。为了降低工作介质碱金属铯原子的横向弛豫速率，延长自旋极化时间，使磁力仪达到较高的磁测灵敏度，通常将最外层电子排列稳定的惰性气体He和双原子分子N2作为缓冲气体充入铯原子气室中，这样既能有效地减少极化原子与气室壁碰撞的几率,又可以很好地避免辐射陷阱现象。分析了He和N2的压强对Cs原子极化程度及磁力仪输出信号的影响，给出了100 ℃时实现无自旋交换弛豫铯原子磁力仪的最佳压强：He约为3.9×104 Pa，N2约为3.6×103 Pa。

实现了利用铯原子圆二向色性激光稳频(DAVLL)技术保证频率的非共振锁定并连续可调。介绍了DAVLL技术用于稳定激光频率的基本原理，指出由于Cs原子复杂的能级结构，导致简单的DAVLL技术此处不再适用，并且发现稳频曲线的零点与磁场强度的大小有关；利用饱和吸收光谱测量磁场对DAVLL谱线鉴频零点的影响，发现激光频率在以Fg=4→Fe=5跃迁红失谐105 MHz为中心50 MHz范围内线性可调，频率稳定度可达3 MHz。

全光铯原子磁力仪是采用光学的方法实现微弱磁场检测，激光频率稳定性直接影响磁力仪的灵敏度。分析了二向色性原子蒸气激光频率锁定(Dichroic atomic vapor laser lock DAVLL)技术用于稳定激光器频率的原理，及其在全光原子磁力仪中的应用优势，发现通常的二能级原子模型不适用于分析铯原子D2线的稳频。实验测量了不同磁场下铯原子D2线基态Fg=4和Fg=3跃迁的DAVLL光谱，发现16mT是实现DAVLL稳频的最佳磁场；在此磁场附近，基态Fg=4跃迁鉴频曲线零点相对于Fg=4→Fe=5跃迁会产生6MHz/mT的线性频移，基态Fg=3跃迁鉴频曲线零点相对于Fg=3→Fe=4线会产生-9MHz/mT的线性频移。

分析了铯(Cs)原子作为旋光介质的线性法拉第磁光效应。采用二能级模型解释了铯原子与光的相互作用, 并利用琼斯矩阵推导了当激光器的频率处于铯原子共振线时, 经过铯气室的线偏振光的旋转角与外加磁场的关系式, 利用此关系式可测量磁场强度的大小和气室内铯原子的浓度。实验采用852nm分布反馈半导体激光器作为光源, 依次通过起偏器、铯气室和偏振光束分裂器, 测量了法拉第旋转角与磁场的关系曲线以及铯原子浓度, 测量值与理论值基本相符。

在外磁场中的碱金属原子蒸汽在光泵浦的作用下变成非线性介质，线偏振光经过这种介质时会变成椭圆偏振光，且椭偏光的主轴相对于入射偏振光的偏振面会产生一个微小的旋转。分析了碱金属原子能级结构和在光泵浦下产生的二向色性及其对探测偏振激光的偏振面旋转情况，并介绍了法拉第调制技术对这种旋转的测量方法，得到探测光强与旋转角的关系表达式，可以实现10-7rad量级的小角度检测。

在激光抽运荧光检测铯原子束频率标准上,利用斜检测激光与原子束成一定角度产生的多普勒频移效应,选择应用热原子束中的慢速原子群,从而压窄Ramsey谱线宽度.计算给出了当温度为100 s时,为了使所得信号的束管优值最大,对应的被选铯原子群的速度为153 m/s.