单光子源作为具有最大反群聚效应的非经典光场,在量子物理的基本问题、量子保密通信、量子计算等研究中具有重要的意义。同时单光子源还可以用于弱吸收测量、制备真随机数。通常实现单光子源的物理载体包括单原子,单分子,单离子,单量子点,单NV色心,自发参量下转换,以及基于原子系综的四波混频过程等。基于微型光学偶极阱中单原子操控的单光子源,因其具有窄带宽、可与同类原子系综吸收线匹配、不受外界环境因素影响等特点,在量子光学的基本问题及量子信息处理方面都具有重要价值。本论文以实现852 nm单光子源并提高其不可区分度为目标,研究了基于微型光学偶极阱中单原子的高概率装载,高ON/OFF比脉冲激光系统,光脉冲共振激发过程中单原子俘获寿命的延长,单光子源的产生及不可区分度的提高等工作。本论文主要完成的工作如下:1).单原子高概率的装载。为了获得852 nm单光子源,首先需要实验提供稳定的单原子源。实验中我们搭建了超高真空气室的大磁场梯度铯原子磁光阱,利用紫外光诱导的光致原子解吸附效应并实时反馈控制四极磁场梯度,实验中实现了磁光阱中少数原子乃至单原子的高概率装载;并对连续光激发情形下,磁光阱中俘获原子所辐射荧光的光子统计特性进行了研究。但是磁光阱中俘获原子的光场与原子跃迁线近共振,使得原子处于不断的吸收与自发辐射过程中,破坏了原子的内部自由度,因此需要将磁光阱中的原子转移到保守势的远失谐光学偶极阱中,完成量子态的制备和探测。实验中搭建了1064 nm微尺度光学偶极阱,研究了磁光阱中单原子向偶极阱的高概率装载。结合蓝失谐激光诱导的光助碰撞和在紫外光导致的原子解吸附两种物理机制将微尺度光学偶极阱中单个铯原子的制备概率提高到了99%以上。2).852 nm单光子源的实验实现。为了有效延长脉冲光共振激发过程中单原子在微尺度光阱中的俘获寿命,我们分析讨论了微尺度光阱的振荡频率及加热机制,采用优化的交替激发/冷却方案,在高重复率、纳秒级脉宽的共振光激发情形下,将单原子的俘获寿命从典型的约100微秒延长至约2500毫秒。结合优化的交替激发/冷却方案,基于微尺度光阱中单原子的操控,实现了重复率为10 MHz的852 nm波长触发式窄带单光子源。利用HBT实验装置对单光子源的二阶相干度进行了测量,零延时处g(2)(0)=0.09。根据实验需要,我们研究了采用波导型电光强度调制器产生高重复频率脉冲光时,影响脉冲ON/OFF比的主要因素和物理机制,通过精密控温并寻找优化的工作点,显著地改善了纳秒脉冲激光的ON/OFF比和功率稳定性。此外,针对进一步改善脉冲激光的ON/OFF比,并有效提高脉冲激光平均功率的需求,提出了纳秒脉冲光通过动态注入锁定放大的方案,并在实验中作了验证。脉冲动态注入锁定放大,不仅可以有效提高纳秒脉冲激光的平均功率,而且使得被动激光器的输出激光频率在与主激光频率共振和大失谐状态快速切换,显著改善了输出脉冲激光的ON/OFF比。3).单光子源不可区分度的提高。基于1064 nm光学偶极阱中单原子操控的单光子源,由于偶极阱光导致原子能级的光频移,会影响单光子的不可区分度。为了消除光学偶极阱中原子跃迁频率空间位置依赖的空间非均匀频移,提高单光子源的不可区分度,实验中计算并搭建了魔数波长铯原子光学偶极阱,并实现了基于魔数波长光学偶极阱单原子操控的触发式单光子源。实验测量了铯原子6S1/2?F=4,mF=+4??6P3/2?F?=5,mF=+5?跃迁对应的魔数波长值为937.7 nm。实验中搭建了双光子干涉的实验装置,利用Hong-Ou-Mandel双光子干涉实验方案测量了单光子的不可区分度,相比较于1064 nm光学偶极阱,937.7 nm魔数波长光学偶极阱中单光子的不可区分度得到了改善。