時鐘服務的心臟——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的。當原子從一個高“能量態”躍遷至低的“能量態”時，它便會釋放電磁波。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拍器，原子鐘可以來測定時間。例如：假定特定原子的共振頻率為1000Hz，則該原子能級躍遷時釋放的電磁波振動1000次的時間即為1m秒。

    在實際躍遷時，高低能量概率相等，無法觀察。一般通過磁選態和光抽運只保留某一能級上的原子，躍遷后觀察另外一個能級上的原子，來判斷躍遷的發生，躍遷信號的檢查可通過磁檢測、光檢測或者電監測進行檢測。

    目前市場上的原子鐘產品共分為三大類：銣鐘、銫鐘和氫鐘。銫鐘和氫鐘精度較高，價格昂貴，往往應用在國防衛星，科研計量等領域，較少被應用在民用生產測試，研發制造等方面。銣鐘具有短期穩定性高，體積小巧，便于攜帶的特點，并且價格合適，非常適合于在各個領域使用。

二、銣鐘硬件組成

         Rb87光譜燈發送抽運光，形成兩條譜線，Rb85濾光泡吸收一條。濾波諧振腔RB87接受到單譜后發生抽運，抽運發生后，光敏檢測器發送光檢測，形成減弱的電流。

    電路部分先把5MHZ倍頻到90MHZ，利用諧波發生器取76次諧波，f1=90*76=6840MHZ，按照設定的C場強度算出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信號的頻率。

    原子遷躍對微波信號起鑒頻作用而產生誤差信號，通過鎖相環路伺服晶振的頻率，使激勵信號頻率鎖定到原子躍遷頻率，實現晶振輸出頻率的高度穩定和準確。