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