本发明介绍一种基于纳米Y波导的芯片原子钟微型系统，包括磁屏蔽部分、光学系统和物理系统。光学系统和物理系统设置于磁屏蔽层内部，其中，光学系统采用的独特的纳米Y波导和纳米垂直耦合光栅的应用，极大提高了光电转换效率与空间利用率，减小了原子钟的体积，此外，特别是采用了两层磁屏蔽设计，有效的提高了屏蔽效果。本发明的基于纳米Y波导的芯片原子钟微型系统具有便于安装、性能稳定、结构紧凑、体积小、功耗低、寿命长、精度高等特点。