时间是目前计量准确度最高的物理量。随着科技的发展和生产生活的需要,对时间计量准确度的要求越来越高。时间的基本单位是“秒”。“秒”从以特定历元下的地球公转周期为定义的“历书秒”发展到以133Cs原子基态超精细能级跃迁对应的振荡周期为定义的“原子秒”,时间计量装置也从日晷发展到了原子钟。随着原子钟技术的发展,铯原子喷泉钟将时间测量精度提高至10-16量级,并凭借其准确度高、长期稳定性好的优势承担着基准型频率标准的重任。作为高精度的时间计量装置,铯原子喷泉钟不仅在基本物理常数测量、相对论检验等基础物理研究领域有着重要应用,而且在导航定位、深空探测、原子守时等应用领域中发挥着重要作用。铯原子喷泉钟是华中科技大学正在建设的“精密重力测量”国家重大科技基础设施（the National Precise Gravity Measurement Facility,PGMF）-时频溯源装置的重要建设内容。它将为重力基准溯源提供时间和频率基准,从而使得精密重力测量结果能够溯源到国际基本单位。铯原子喷泉钟系统的建设较为复杂,涉及到真空物理系统、光学系统、微波综合链和电子学控制系统这四个部分。本文主要围绕铯原子喷泉钟的研制和频率稳定度评估展开介绍,本人在博士期间完成的研究工作也据此展开,主要内容可以汇总为以下几点:1.实现铯原子喷泉钟光学系统及真空物理系统附属光路的设计与搭建,参与真空物理系统、电子学控制系统的研制,完成铯原子喷泉钟的整体运行与相关的物理实验,成功实现了铯原子喷泉钟原理样机的制备,并扫描到对比度约90.8%的Ramsey条纹,条纹对比度结果接近国际先进水平;2.针对影响原子回落飞行（Time Of Flight,TOF）信号信噪比的因素进行了实验优化。一方面在饱和吸收稳频技术的基础上改进稳频方案,引入频率电压转换（FrequencyVoltage Converter,FVC）稳频技术;另一方面利用光学设计软件完成集成化可调光纤扩束镜筒的设计,基于该扩束镜筒,将冷却光扩束至直径约19 mm的准直光,测试发散角小于0.5 mrad,实测冷原子装载率～6×10~8/s,最终原子回落数目被提升了近一个量级,并成功将铯原子团温度由6.9（2）μK降低至2.6（1）μK;3.提出一种基于蒙特卡洛仿真的方法分析影响原子回落比的因素,并建立仿真模型模拟原子团的演化过程,给出不同变量下原子回落比的变化趋势。利用仿真结果指导实验优化原子回落比,得到的实验结果与仿真结果一致,解决了原子回落数目不足的问题;4.实现铯原子喷泉钟的闭环锁定及频率稳定度评估,评估其频率稳定度为2.5×10-13τ-1/2,并分析了影响铯原子喷泉钟频率稳定度的主要噪声项,包括量子投影噪声、本振噪声、探测噪声及光子散粒噪声,总结出目前频率稳定度主要受限于本振噪声及探测噪声,为后续进一步提高指明了方向。