原子钟基本原理与时频测量技术PDF电子书下载

第一章 引论 1

1.1前言 1

1.2时间计量基准与原子钟 2

世界时 2

历书时 3

原子时 3

协调世界时 5

1.3原子钟发展历史回顾 6

参考文献 9

第二章 原子频标的物理基础 11

2.1能量的量子化和量子跃迁 11

2.2原子的精细能级 12

2.3原子的超精细能级 12

2.4原子的超精细磁能级 13

2.5量子系统及其与电磁场的相互作用 14

量子系统 14

电磁场与量子系统的相互作用 15

参考文献 16

第三章 获得窄谱线的技术与方法 17

3.1微波频段所常采用的技术 17

分离振荡场技术 17

缓冲气体技术 18

原子储存泡技术 19

离子阱技术 19

激光减速与囚禁技术 20

原子喷泉技术 21

CPT囚禁技术 21

3.2光学频段所常采用的技术 22

Ramsey-Borde分离激光场技术 22

碱土金属原子的超低温冷却 23

单个储存离子的激光边带冷却 24

光晶格 25

参考文献 26

第四章 原子频标的基本工作原理 28

4.1原子共振器的作用原理与构成 28

态选择-原子态制备 29

原子在非均匀磁场中分类 29

光抽运技术 30

微波-光抽运技术 31

原子的探测 32

信号的检测 32

原子检测 32

光检测 33

线性吸收-透射光检测 33

荧光检测 34

双能级荧光检测 34

微波检测 36

4.2标准信号的产生及控制-原子频标的构成 36

原子振荡器型 37

原子谐振器型 38

光频标 38

参考文献 39

第五章 传统原子频标 40

5.1磁选态型铯原子频率标准 40

铯原子（Cs 133）基态（6S1／2）的超精细结构 40

铯束管谐振器的结构和工作原理 41

频率控制 43

商品小铯钟 43

实验室型铯原子基准钟 44

商品铯原子频标的主要技术指标 45

实验室型铯频标的主要性能指标 46

5.2激光抽运选态型铯原子频标 46

物理结构和工作原理 46

可能采用的光跃迁 47

激光抽运铯钟实际采用的技术方案 48

单频方案 48

双频方案 48

斜入射光检测方案 49

5.3谱灯光抽运型铷原子频率标准 51

铷（Rb87）原子的能级结构 51

铷气泡频标的结构与工作原理 52

频率控制 54

铷原子频标的主要技术指标 55

5.4激光抽运铷原子频标 55

5.5氢原子频率标准 57

主动型氢原子频标 57

氢原子基态的超精细结构能级 57

氢原子振荡器的结构与工作原理 58

频率控制 60

氢振荡器的频率调谐 60

主动型氢原子频标的主要技术指标 62

氢原子钟小型化 63

谐振腔的小型化 63

电极负载腔 63

介质负载腔 64

隔膜腔 64

被动型氢原子钟 64

TE111主动型小氢原子钟 66

5.6频率标准的选用 67

频标特点与性能比较 67

常用频率源的选择 68

参考文献 69

第六章 新型原子频标 71

6.1离子阱微波原子频标 71

离子贮存技术 71

射频阱的结构 71

潘宁阱的结构 71

离子阱微波频标 72

6.2原子喷泉型频标 74

原子喷泉的技术基础 74

激光冷却-光学粘团 74

激光囚禁-磁光阱 75

铯原子喷泉频标 77

铯原子喷泉的结构和工作原理 77

频率控制 78

铷原子喷泉频标 80

6.3 CPT原子钟 81

被动型相干布居数囚禁原子钟 81

主动型相干布居数囚禁原子钟 82

6.4光频标和光钟 83

光频标需解决的关键技术 83

离子光频标和光钟的工作原理 84

199 Hg＋离子光频标 84

飞秒激光梳和光钟 86

钙冷原子光钟 87

钙热原子束光频标 89

光晶格锶原子钟 91

参考文献 93

第七章 星载和空间原子钟 95

7.1星载原子钟的新发展 95

激光光抽运Cs原子钟 95

小型冷原子钟HORACE 97

小型微波汞（Hg）离子钟 99

CPT-maser 100

脉冲激光抽运铷原子频标 102

CPT冷原子钟 103

7.2空间微重力原子钟计划 104

ACES（Atomic Clock Ensemble in Space）计划 105

SUMO（Superconducting Microwave Oscillator Experiment）计划 107

PARCS（Primary Atomic Reference Clock in Space）计划 107

RACE（Rubidium Atomic Clock Experiment）计划 107

空间微重力钟的特点与比较 108

参考文献 109

第八章 时频测量技术与方法 112

8.1频率标准的主要技术指标 112

频率准确度 112

频率稳定度 112

频率复现性 114

开机特性 114

8.2本地时频测量 114

频率稳定度测试设备 114

工作原理 114

功能与显示界面 115

10ms～1000s的时域频率稳定度测量 116

日频率稳定度、日频率漂移及频率准确度 117

8.3地面远程高精度时频测量 118

卫星双向法 119

卫星共视法 121

载波相位法 123

最高精度的时间传递技术的时间传递能力的验证 123

8.4星-地时频比对 124

微波T／F传递系统 124

激光时间传递系统 125

8.5卫星定时与校频 126

GPS（GLONASS）定时方法 127

单站直接法 127

单站间接法 127

通过法 127

单星共视法 128

多星共视法 128

多星跟踪法 128

全视法 128

GPS校频 129

“北斗一号”定时与校频 129

单向定时法 129

双向定时法 130

“北斗一号”共视时间比对原理 130

8.6高精度时频传递方法比较 131

参考文献 131

第九章 时频高端应用举例 133

9.1建立国家原子时守时系统 133

9.2卫星导航定位系统 134

概述 134

被动式卫星定位与定时的基本原理 134

“北斗一号”定位和定时的基本原理简述 136

定位原理 136

定时原理 136

卫星导航系统中的时间系统 137

卫星导航系统中的时间尺度 137

GPS时 137

GLONASS时间系统和系统时间 137

“北斗一号”时间系统和系统时间 139

9.3应用原子钟的空间系统 139

早期卫星导航定位系统与星载原子钟 140

GPS全球定位系统 140

GLONASS全球导航系统 141

GALILEO导航卫星系统 142

BEIDOU卫星定位系统 142

QUASI-ZENITH卫星系统 142

NAVEX 143

MILSTAR 143

GRAVITY PROBE-A 143

GASSINI-HUYGENS MISSION 143

9.4国外空间钟计划与基础物理测试 143

引言 143

微重力环境下的基础物理学 145

微重力环境使原子钟受益 145

微重力环境使基础物理测试受益 145

用空间钟进行基础物理测试的基本考虑 145

利用微重力钟的基础物理测试 146

空间微重力钟计划实验系统简述 146

重力红移的测量 147

寻找精细结构常数可能的时间变化 147

光的各向同性 148

LLI和LPI原理检验 149

狭义和广义相对论的其他一些测量 149

空间微重力钟的应用前景 150

结束语 151

参考文献 151