中国计量科学研究院-铯冷原子喷泉钟电子测控系统

应用领域　　电子/科研　　用于产品　　硬件：HMI+NIUSB-6229+激光器　　软件：LabVIEW　　概述　　时间频率是国际单位制七个基本量中准确度最低，意义最根本性的基准量之一。世界各国仍然在持续大大展开低准确度的国家时间频率基准研究。

目前中国计量科学研究院（NIM）在科技部基础性专项的反对下，正在展开我国新一代具备国际先进设备水平的时间频率基准装置—激光加热铯原子喷泉钟（10-15量级）的研制，并已获得了重大进展。　　正文　　铯原子钟是一种仪器的计时器不具。日常生活中用于的时间准到1分钟也就不够了。

但在近代的社会生产、科学研究和国防建设等部门，对时间的拒绝就低得多。它们拒绝时间要准到千分之一秒，甚至百万分之一秒。为了适应环境这些高精度的拒绝，人们生产出有了一系列仪器的计时器不具，铯钟就是其中的一种。

铯钟又叫“铯原子钟”。它利用铯原子内部的电子在两个能级间冲刺时电磁辐射出来的电磁波作为标准，去掌控校准电子振荡器，进而掌控钟的休息。

　　这种钟的平稳程度很高，目前，最差的铯原子钟超过500万年才差距1秒。现在国际上，广泛使用铯原子钟的光子频率作为时间频率的标准，普遍用于在天文、大地测量和国防建设等各个领域中。　　工作原理：　　每一个原子都有自己的特征振动频率。

人们最熟知的振动频率现象就是当食盐被倾倒到火焰上时食盐中的元素钠所收到的黄色的光。一个原子具备多种振动频率，一些坐落于无线电波波段，一些坐落于红外线波段，而另一些则处在两者之间。铯133则被广泛地搭配不作原子钟。

　　将铯原子共振子置放原子钟内，必须测量其中一种的光子频率。一般来说是使用瞄准晶体振荡器到铯原子的主要微波谐振来构建。这一信号正处于无线电的微波频谱范围内，并刚好与广播卫星的升空频率相近，因此工程师们对生产这一频谱的仪器十分在行。

　　为了生产原子钟，铯原子不会被冷却至汽化，并通过一个真空管。在这一过程中，首先铯原子气要通过一个用来自由选择适合的能量状态原子的磁场，然后通过一个反感的微波场。

微波能量的频率在一个较宽的频率范围内波动，以使得在每一个循环中一些频率点可以超过9,192,631,770Hz。准确的晶体振荡器所产生的微波的频率范围早已相似于这一准确频率。当一个铯原子接管到准确频率的微波能量时，能量状态将不会再次发生适当转变。在很远的真空管的走过，另一个磁场将那些由于微波场在准确的频率上而早已转变能量状态的铯原子分离出来。

在真空管走过的探测器将压制在其上的铯原子呈圆形比例的表明出有，并在处在准确频率的微波场处呈现出峰值。这一峰值被用来对产生的晶体振荡器不作微小的修正，并使得微波场正好处在准确的频率。这一瞄准的频率被9,192,631,770除，获得少见的现实世界必须的每秒一个脉冲。

　　工作过程：　　铯原子钟又被人们形象的称为“喷泉钟”，因为铯原子钟的工作过程是铯原子象喷泉一样的“乘载”。这一运动使得频率的计算出来更为准确。铯原子钟工作的整个过程可以拆分为四个阶段：　　第一阶段，由铯原子构成的气体，被引进到时钟的真空室中，用6束互相横向的红外线激光（黄线）太阳光铯原子气，使之互相附近而呈圆形球状，同时激光减缓了原子的运动速度并将其加热到相似绝对零度。

　　第二阶段，两束横向的激光轻轻地将这个铯原子气球向下高举，构成“喷泉”式的运动，然后重开所有的激光器。这个较小的发动机将使铯原子气球向下高举大约1m低，穿越一个充满著微波的微波腔，这时铯原子从微波中吸取了充足能量。

　　第三阶段，在地心引力的起到下，铯原子气球开始向行踪，再度穿越微波腔，并将所吸取的能量全部释放出。　　第四阶段，在微波腔的出口处，另一束激光箭向铯原子气，探测器将对电磁辐射出有的荧光的强度展开测量。

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