本发明涉及量子微波测量领域，具体涉及一种高效率光纤耦合原子气室探头及其制作方法，包括第一端口、第二端口、第三端口、原子气室、二向色镜，其中，第一端口为耦合光输入端口、第二端口分别为探测光输入端口，第三端口为探测光输出端口；本发明公开的高效率原子气室探头通过集成二向色镜，实现长波长的探测光输出端口和短波长的耦合光输入端口的光纤分离传输，且长波长的探测光与短波长的耦合光使用相应波长的渐变折射率透镜，克服了现有的光纤耦合原子气室探头效率不高的问题，对长波长的探测光具有较高的传输效率，该探头可广泛应用于可移动、便携式量子微波测量系统，支撑量子微波测量系统在通信、雷达等电子信息领域的应用。