本发明涉及一种基于荧光差分探测的原子束钟，属于原子钟技术领域。原子束钟包括：束源产生装置产生原子束；原子束经过态纯化后进入Ramsey腔，在腔内受共振微波场激励发生钟跃迁；激光器发出一束探测光和一束参考光；探测光通过第一光收集装置，诱导已完成钟跃迁的原子发出荧光；第一光收集装置收集的第一杂散光信号以及钟跃迁荧光信号，作为第一信号；参考光以探测光通过第一光收集装置相同的方式通过第二光收集装置，不与原子发生相互作用；第二光收集装置可视作为一个光噪收集器，收集的第二杂散光信号，作为第二信号。差分运算模块对第一信号和第二信号进行差分运算，输出纯净的钟跃迁荧光信号。本发明可有效降低杂散光噪声，提高钟信号信噪比。