原子钟基本原理与时频测量技术

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原子钟基本原理与时频测量技术 目录 第一章 引论 1.1前言 1.2时间计量基准与原子钟 世界时 历书时 原子时 协调世界时 1.3原子钟发展历史回顾 参考文献 第二章 原子频标的物理基础 2.1能量的量子化和量子跃迁 2.2原子的精细能级 2.3原子的超精细能级 2.4原子的超精细磁能级 2.5量子系统及其与电磁场的相互作用 量子系统 电磁场与量子系统的相互作用 参考文献 第三章 获得窄谱线的技术与方法 3.1微波频段所常采用的技术 分离振荡场技术 缓冲气体技术 原子储存泡技术 离子阱技术 激光减速与囚禁技术 原子喷泉技术 CPT囚禁技术 3.2光学频段所常采用的技术 Ramsey-Borde分离激光场技术 碱土金属原子的超低温冷却 单个储存离子的激光边带冷却 光晶格 参考文献 第四章 原子频标的基本工作原理 4.1原子共振器的作用原理与构成 态选择-原子态制备 原子在非均匀磁场中分类 光抽运技术 微波-光抽运技术 原子的探测 信号的检测 原子检测 光检测 线性吸收-透射光检测 荧光检测 双能级荧光检测 微波检测 4.2标准信号的产生及控制-原子频标的构成 原子振荡器型 原子谐振器型 光频标 参考文献 第五章 传统原子频标 5.1磁选态型铯原子频率标准 铯原子（Cs 133）基态（6S1／2）的超精细结构 铯束管谐振器的结构和工作原理 频率控制 商品小铯钟 实验室型铯原子基准钟 商品铯原子频标的主要技术指标 实验室型铯频标的主要性能指标 5.2激光抽运选态型铯原子频标 物理结构和工作原理 可能采用的光跃迁 激光抽运铯钟实际采用的技术方案 单频方案 双频方案 斜入射光检测方案 5.3谱灯光抽运型铷原子频率标准 铷（Rb87）原子的能级结构 铷气泡频标的结构与工作原理 频率控制 铷原子频标的主要技术指标 5.4激光抽运铷原子频标 5.5氢原子频率标准 主动型氢原子频标 氢原子基态的超精细结构能级 氢原子振荡器的结构与工作原理 频率控制 氢振荡器的频率调谐 主动型氢原子频标的主要技术指标 氢原子钟小型化 谐振腔的小型化 电极负载腔 介质负载腔 隔膜腔 被动型氢原子钟 TE111主动型小氢原子钟 5.6频率标准的选用 频标特点与性能比较 常用频率源的选择 参考文献 第六章 新型原子频标 6.1离子阱微波原子频标 离子贮存技术 射频阱的结构 潘宁阱的结构 离子阱微波频标 6.2原子喷泉型频标 原子喷泉的技术基础 激光冷却-光学粘团 激光囚禁-磁光阱 铯原子喷泉频标 铯原子喷泉的结构和工作原理 频率控制 铷原子喷泉频标 6.3 CPT原子钟 被动型相干布居数囚禁原子钟 主动型相干布居数囚禁原子钟 6.4光频标和光钟 光频标需解决的关键技术 离子光频标和光钟的工作原理 199 Hg＋离子光频标 飞秒激光梳和光钟 钙冷原子光钟 钙热原子束光频标 光晶格锶原子钟 参考文献 第七章 星载和空间原子钟 7.1星载原子钟的新发展 激光光抽运Cs原子钟 小型冷原子钟HORACE 小型微波汞（Hg）离子钟 CPT-maser 脉冲激光抽运铷原子频标 CPT冷原子钟 7.2空间微重力原子钟计划 ACES（Atomic Clock Ensemble in Space）计划 SUMO（Superconducting Microwave Oscillator Experiment）计划 PARCS（Primary Atomic Reference Clock in Space）计划 RACE（Rubidium Atomic Clock Experiment）计划 空间微重力钟的特点与比较 参考文献 第八章 时频测量技术与方法 8.1频率标准的主要技术指标 频率准确度 频率稳定度 频率复现性 开机特性 8.2本地时频测量 频率稳定度测试设备 工作原理 功能与显示界面 10ms～1000s的时域频率稳定度测量 日频率稳定度、日频率漂移及频率准确度 8.3地面远程高精度时频测量 卫星双向法 卫星共视法 载波相位法 最高精度的时间传递技术的时间传递能力的验证 8.4星-地时频比对 微波T／F传递系统 激光时间传递系统 8.5卫星定时与校频 GPS（GLONASS）定时方法 单站直接法 单站间接法 通过法 单星共视法 多星共视法 多星跟踪法 全视法 GPS校频 “北斗一号”定时与校频 单向定时法 双向定时法 “北斗一号”共视时间比对原理 8.6高精度时频传递方法比较 参考文献 第九章 时频高端应用举例 9.1建立国家原子时守时系统 9.2卫星导航定位系统 概述 被动式卫星定位与定时的基本原理 “北斗一号”定位和定时的基本原理简述 定位原理 定时原理 卫星导航系统中的时间系统 卫星导航系统中的时间尺度 GPS时 GLONASS时间系统和系统时间 “北斗一号”时间系统和系统时间 9.3应用原子钟的空间系统 早期卫星导航定位系统与星载原子钟 GPS全球定位系统 GLONASS全球导航系统 GALILEO导航卫星系统 BEIDOU卫星定位系统 QUASI-ZENITH卫星系统 NAVEX MILSTAR GRAVITY PROBE-A GASSINI-HUYGENS MISSION 9.4国外空间钟计划与基础物理测试 引言 微重力环境下的基础物理学 微重力环境使原子钟受益 微重力环境使基础物理测试受益 用空间钟进行基础物理测试的基本考虑 利用微重力钟的基础物理测试 空间微重力钟计划实验系统简述 重力红移的测量 寻找精细结构常数可能的时间变化 光的各向同性 LLI和LPI原理检验 狭义和广义相对论的其他一些测量 空间微重力钟的应用前景 结束语 参考文献