銣原子鐘基本原理

銣鐘也稱為銣原子鐘。銣原子鐘由銣量子部分和壓控晶體振蕩器組成。在倍頻和頻率合成之后，壓控晶體振蕩器的頻率被發送到量子系統，以與銣原子的躍遷頻率進行比較。誤差信號被發送回壓控晶體振蕩器，并調整其頻率以將其鎖定在與銣原子獨 特能級躍遷對應的頻率。銣原子頻標的短期穩定性可達10-12量級，準確度為±5×10-11

銣頻率標準不需要真空系統、致偏磁鐵和原子束，體積小、質量小、預熱時間短、價格低，但精度差、頻率漂移大，只能作為二級標準。銣頻標可以通過GPS快速馴服和同步，克服銣振蕩器本身的漂移，可以作為基本的同步時鐘單元。通過設計和工藝的改進，產品的可靠性和批量生產也得到了保證，現已具備產業化條件?？梢灶A見，這種帶外秒馴化的高性能小型化銣鐘將應用于無人值守等惡劣環境，這將極大地拓展銣鐘的應用領域。

銣原子鐘主要由單片機電路、伺服電路、微波倍頻電路、頻率調制和倍頻集成電路。銣頻標是一種被動原子頻率，它使用基態超精細能級之間的躍遷，對應的躍遷頻率為6834.682614MHz。原子躍遷鑒別微波信號的頻率并產生誤差信號。通過鎖相環將激 發信號的頻率鎖定到原子躍遷頻率，以伺服晶體振蕩器的頻率，從而使晶體振蕩器的輸出頻率高度穩定和準確銣原子鐘的基本工作原理與銫原子鐘相似，銫原子鐘以能級躍遷的諧振頻率為基準。原子根據原子核周圍不同電子層的能 量差異吸收或釋放電磁能。這里的電磁能 量是不連續的。當原子從高“能 量狀態”轉換到低“能 量狀態”時，它將釋放電磁波。這種電磁波的特征頻率是固定的，也稱為共振頻率。通過使用這個共振頻率作為節拍器，原子鐘可以測量時間。銣鐘使用光泵浦來選擇原子態，通過光學探測器（光電池）測量抽運光（激 發原子躍遷）通過諧振腔的傳輸衰減來完成諧振的檢測。當微波頻率處于躍遷概率峰值時，透射光波減少約1%-10%。銣鐘體積小，預熱時間短，長期老化率為2×10-10年，如果增加體積以改善性能參數，與銫鐘尺寸相同的銣鐘也將具有與銫鐘幾乎相同的性能