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时频常识
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时钟服务的心脏——铷钟

时间:2018-06-15发布者:泰福特浏览次数:611次

一、铷钟基本原理

      原子是按照围绕在原子核周围不同电子层的能量差,来吸取或释放电磁能量的。这里电磁能量是不连续的。当原子从一个高“能量态”跃迁至低的“能量态”时,它便会释放电磁波。这种电磁波特征频率是固定的,这也就是人们所说的共振频率。通过以这种共振频率为节拍器,原子钟可以来测定时间。例如:假定特定原子的共振频率为1000Hz,则该原子能级跃迁时释放的电磁波振动1000次的时间即为1m秒。

      在实际跃迁时,高低能量概率相等,无法观察。一般通过磁选态和光抽运只保留某一能级上的原子,跃迁后观察另外一个能级上的原子,来判断跃迁的发生,跃迁信号的检查可通过磁检测、光检测或者电监测进行检测。

      目前市场上的原子钟产品共分为三大类:铷钟、铯钟和氢钟。铯钟和氢钟精度较高,价格昂贵,往往应用在国防卫星,科研计量等领域,较少被应用在民用生产测试,研发制造等方面。铷钟具有短期稳定性高,体积小巧,便于携带的特点,并且价格合适,非常适合于在各个领域使用。

二、铷钟硬件组成


      Rb87光谱灯发送抽运光,形成两条谱线,Rb85滤光泡吸取一条。滤波谐振腔RB87接受到单谱后发生抽运,抽运发生后,光敏检测器发送光检测,形成减弱的电流。

      电路部分先把5MHZ倍频到90MHZ,利用谐波发生器取76次谐波,f1=90*76=6840MHZ,按照设定的C场强度算出f2,利用频率合成器将5MHZ合成f2。最后f1f2混频后取差频得到激励信号的频率。

       原子迁跃对微波信号起鉴频作用而产生误差信号,通过锁相环路伺服晶振的频率,使激励信号频率锁定到原子跃迁频率,实现晶振输出频率的高度稳定和准确。

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