原子秒的复现

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《计量专业工程师手册》第416页（1893字）

原子基态的超精细能级间的跃迁主要是受激跃迁，即需要在外界信号的激励下，低能级的原子会吸收一部分能量跳到高能级，高能级的原子会放出一部分能量跳到低能级。跃迁的原子数(Ⅰ)与激励信号的频率(v)有关，如图8．2－6(a)所示

图8．2－6 跃迁曲线

从前边的理论关系式8．2－1可以得出：如果两个能级E₁和E₂的值是唯一的确定值，则跃迁曲线应是一条直线。实际上，无论那条能级都不是唯一的一个确定值，在能级图上并不是绝对的一条直线，而是有一定的宽度，如图8．2－6(b)所示，这种加宽的原因一是能级固有的，另一是实现跃迁时各种外界因素的影响。而8．2－1式的关系是完全不变的。于是就产生了图中所示的跃迁曲线。不同的能级差对应不同的跃迁频率。

原子跃迁曲线类似于普通振荡电路的谐振曲线，故发生原子跃的部分可简称为原子谐振器。由于是受激跃迁，故秒定义的复现装置由两大部分组成，一是原子谐振器，另一是激励信号发生器。在跃迁曲线上只是中心频率是准确已知的，即v₀=9192631770Hz，故必须加上控制部分调节激励信号的频率，使跃迁始终发生在中心频率对应的能级上。整套装置如图8．2－7所示。较详细的工作原理将在原子频标一节内介绍。

图8．2－7 秒定义复现装置

晶振频率较低，一般为5MHz，通过频率变换产生频率较高的激励信号，其频率与晶振频率有固定的关系，即。当v=v₀时，跃迁的原子数及由此产生的跃迁电流最大，当v偏离v₀时，产生一控制信号去调整晶振频率使v始终维持在v₀上，而晶振频率就保持在准确的5MHz上，通过分频得出1Hz的信号，其周期即为复现的原子秒。

复现的值与定义值的相对偏差称为复现准确度。偏差是由一些因素引起的，每个因素产生的偏差都可以测量或计算进行修正。1967年正式定义原子秒时，复现的准确度只达到了10^－12量级随后不断改进、提高，到1994年已达到了10^－14量级。

复现秒定义的国家很少，其中以德国PTB美国NIST和加拿大的NRC复现的准确度较高。中国计量科学研究院到1986年复现的准确度达到了3×10^－13。

直接复现秒定义的装置称为时间频率基准器。也称为实验室型一级铯原子频率标准，有别于商品型铯原子频标。

【参考文献】：

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