弱磁场探测技术在医用、地震预测、导航等领域都有着非常广泛的应用。原子磁力仪，作为目前灵敏度最高的一种磁力仪，技术逐渐成熟，拥有高于超导量子磁力仪的灵敏度；而且还不需要很复杂的制冷装置，这是最大的发展优势。本文的主要研究工作是，Cs原子磁力仪原子态制备的相关理论与实验研究。首先，介绍了磁力仪应用；并给出了目前几种常见磁力仪，分析了他们各自的优缺点；同时给出本文工作的必要性和重要性。其次，介绍了原子磁力仪的基本原理。Cs原子的精细结构和超精细结构；光泵浦原理，包括光泵浦速率与极化的关系；磁场对极化原子的作用；给出了利用双折射和圆二向色性进行检测的原理及它们的区别。接着，给出了与原子态制备相关的各种机制。光泵浦速率随光强和温度的变化。影响极化寿命的各种弛豫：自旋交换弛豫随温度、磁场的变化，讨论了无自旋弛豫机制；Cs原子与各种原子间的破坏碰撞弛豫，给出了总的破坏碰撞弛豫随温度的变化关系；壁破坏碰撞弛豫，讨论了它与温度、容器半径和缓冲气体量的关系。讨论了极化率及灵敏度在泵浦光传输方向上的分布。给出了信号大小的理论值，并讨论了由于吸收对圆二向色性信号大小的影响。然后是实验部分，包括实验系统和实验数据。比较了实验信号大小和理论值大小。给出信号大小随温度的变化，与理论值基本一致。利用实验上自旋弛豫随光强的变化，计算系统中Cs原子的自旋弛豫，给出自旋弛豫速率实验值。讨论了与系统灵敏度直接相关的色散零点斜率，给出零点斜率随泵浦检测光强的变化。最后给出本文的主要结论，讨论遇到并需要解决的主要问题和困难。