同步时钟原理

时钟原理相关资料 第一章 时钟原理 1 .1 原子频率标准 1 .1 .1 基本原理 原子频率标准简称原子钟，是根据原子物理学及量子力学的原理制造的高准确度和高稳定度的振荡器。在通信领域的数字同步网中作为第一级基准时钟，是同步网中向数字设备提供同步标准信号的最高基准源。 1 .1 .1 .1 原子的能态和能级跃迁 物质由原子组成。原子中含有原子核和外层电子。由于粒子的运动，一个原子可能处于多种状态，并与其所具有的能量相对应。具有最低能量的状态叫基态，受外界影响（如磁场、电磁波辐射等）能量随之而变化的状态叫受激态。根据原子处于基态及受激态所具有的能量不同有不同的能量等级。原子能量等级的改变称为能级跃迁。能级跃迁有以下三种方式。 一、电子能级跃迁 由于质子和电子的相互作用，电子运行轨道半径的变好，通常看作是在电子能级之间的电子跃迁。 二、精细结构跃迁 通常包括电子自旋的偶极矩和由于电子对原子核的轨道运动的磁场之间的相互作用的能级跃迁。其能量变化约为第一种能级跃迁的1/50。 三、超精细结构跃迁 由于电子的两个磁极对原子核的交互作用，当电子的磁极受到感应而反转时发生超精细结构跃迁，这种很弱的交互作用称为超精细结构跃迁。约为精细结构跃迁的千分之一。 1 .1 .1 .2 能级跃迁与原子谐振特性 当原子由受激状态变到低能量状态时，释放的电磁能称为光子，反之如果原子吸收了电磁辐射能或光子，也将从低能态跃到高能态。量子力学研究证明，不同能态的能量差与其谐振频率的关系是： f=(E2-E1)/h (普郎克定律） 式中E2-E1 为高低能态的能量差； f 为谐振频率（电磁辐射能的谐振频率）； h 为普郎克常数（6.6252E-34*J*s) 从上式可以看出，如果两个固有的能级在不受外界感应时是不变的，h 为常数，则两能级之间跃迁产生的频率是固定的。由于这种特性，可以得到准确而固定的频率。 用上述原理制成的原子钟有几种不同的类型： 时钟原理相关资料 。原子（使用的元素）类型选择，有氢钟、铯钟及铷钟等。 。有源（或自激）型原子钟，其输出信号是由原子发生的辐射电磁波导出，类似于振荡器。 。无源（或受激）型原子钟，原子谐振腔当作鉴频器，用以监测和控制压控晶体振荡器，使振荡器的输出频率锁定于原子谐振频率。 。原子束经过谐振腔后，有的不再使用，如铯钟，有的则包含在容器内，可反复使用，如铷钟。 1 .1 .1 .3 磁场对能级的影响 原子的能级一般按其原子核和...