時(shí)鐘服務(wù)的心臟——銣鐘

一、銣鐘基本原理

    原子是按照圍繞在原子核周圍不同電子層的能量差，來吸收或釋放電磁能量的。這里電磁能量是不連續(xù)的。當(dāng)原子從一個(gè)高“能量態(tài)”躍遷至低的“能量態(tài)”時(shí)，它便會(huì)釋放電磁波。這種電磁波特征頻率是固定的，這也就是人們所說的共振頻率。通過以這種共振頻率為節(jié)拍器，原子鐘可以來測(cè)定時(shí)間。例如：假定特定原子的共振頻率為1000Hz，則該原子能級(jí)躍遷時(shí)釋放的電磁波振動(dòng)1000次的時(shí)間即為1m秒。

    在實(shí)際躍遷時(shí)，高低能量概率相等，無法觀察。一般通過磁選態(tài)和光抽運(yùn)只保留某一能級(jí)上的原子，躍遷后觀察另外一個(gè)能級(jí)上的原子，來判斷躍遷的發(fā)生，躍遷信號(hào)的檢查可通過磁檢測(cè)、光檢測(cè)或者電監(jiān)測(cè)進(jìn)行檢測(cè)。

    目前市場(chǎng)上的原子鐘產(chǎn)品共分為三大類：銣鐘、銫鐘和氫鐘。銫鐘和氫鐘精度較高，價(jià)格昂貴，往往應(yīng)用在***衛(wèi)星，科研計(jì)量等領(lǐng)域，較少被應(yīng)用在民用生產(chǎn)測(cè)試，研發(fā)制造等方面。銣鐘具有短期穩(wěn)定性高，體積小巧，便于攜帶的特點(diǎn)，并且價(jià)格合適，非常適合于在各個(gè)領(lǐng)域使用。

二、銣鐘硬件組成

         Rb87光譜燈發(fā)送抽運(yùn)光，形成兩條譜線，Rb85濾光泡吸收一條。濾波諧振腔RB87接受到單譜后發(fā)生抽運(yùn)，抽運(yùn)發(fā)生后，光敏檢測(cè)器發(fā)送光檢測(cè)，形成減弱的電流。

    電路部分先把5MHZ倍頻到90MHZ，利用諧波發(fā)生器取76次諧波，f1=90*76=6840MHZ，按照設(shè)定的C場(chǎng)強(qiáng)度算出f2，利用頻率合成器將5MHZ合成f2。最后f1和f2混頻后取差頻得到激勵(lì)信號(hào)的頻率。

    原子遷躍對(duì)微波信號(hào)起鑒頻作用而產(chǎn)生誤差信號(hào)，通過鎖相環(huán)路伺服晶振的頻率，使激勵(lì)信號(hào)頻率鎖定到原子躍遷頻率，實(shí)現(xiàn)晶振輸出頻率的高度穩(wěn)定和準(zhǔn)確。