基于原子冷却与俘获的单原子制备及其光学操控正在使人类对物质的性质以及运动状态有着更深入、更彻底的了解，目前已成为量子光学和冷原子物理领域的一个交叉热点，也是对现有科学技术的一种挑战和超越。基于原子冷却与俘获，研究单个原子的有效制备及观测途径，研究对于单个原子的外部自由度及内部自由度的光学操控，在此基础上研究与背景环境充分隔离的单原子的辐射特性，单原子的量子态制备及控制，基于单原子操控的单光子源，单原子在自由空间以及受限空间（小型乃至微型光学谐振腔）与光场的相互作用以及原子与光子的量子纠缠等，这些研究对于在单原子单光子水平上进行信息编码以及信息处理有着重要的意义和潜在的应用前景。　　本文主要研究的内容是大磁场梯度磁光阱中单个铯原子的冷却与俘获及实验观测。对于阱中单原子的观测，是一个非常有挑战性的问题。由于其信号极其微弱，所要求的测量灵敏度必须非常高。实现磁光阱中单原子信号的观测，将为下一步对俘获的单原子进行光学操控奠定坚实的基础。本文主要分为以下几个部分:　　1、分析了在磁光阱中俘获单原子的条件，通过降低真空气室的压力、四极磁场的轴向梯度、减小光场光束直径等方法，降低磁光阱的装载率，减少阱中原子的平均数目。　　2、建立了单原子磁光阱的实验装置。组装并调试了超高真空系统，真空系统的压力长期稳定在～1×10-10Torr。搭建了磁光阱光路。运用无调制偏振光谱的方法实现了冷却/俘获激光器的频率锁定。通过阿仑方差来评价激光器的频率稳定度，并与饱和吸收谱锁频的结果做了比较。平均时间τ=300秒时方差值为σy(τ)=4.6×10-12。　　3、搭建了单原子磁光阱的荧光收集及探测系统。在大磁场梯度下测量了单原子荧光的阶梯状信号。阶梯信号可以反映出单个原子进入及逃离磁光阱的情况，并可以推断出阱中原子的数目。在此基础上，对原子数目的概率分布进行统计。分析了单原子荧光信号的噪声来源。测量了激光器功率起伏及频率起伏，讨论了这种起伏对单原子荧光信号的信噪比的影响，并提出了改善信号信噪比的途径。　　4、对大磁场梯度单原子磁光阱的特征参数进行了分析。研究了单原子磁光阱中原子寿命、平均原子数以及装载率的讨论方法，给出了典型的大磁场梯度下磁光阱的装载率。四极磁场轴向梯度221.7 Gauss/cm时，磁光阱中平均原子数为0.5，磁光阱的装载率为0.019s-1。