15时间频率与系统同步2014_第二讲_时间频率标准

第二讲时间频率标准第二讲时间频率标准天文时标原子时标晶体振荡器光钟及量子频标主要内容第二讲时间频率标准时间尺度一个表明事件发生的明确顺序的系统。包含两个要素：1、时刻原点2、时间间隔动力学时间尺度（天文时）积分时间尺度（原子时）第二讲时间频率标准原始时频标准：◆具有恒定不变性◆频率和时间互为倒数，其标准具有一致性◆宏观标准和微观标准宏观标准：基于天文观测；微观标准：基于量子电子学，更稳定更准确。第二讲时间频率标准天文时标第二讲时间频率标准人类第一次确定时间基准是在19世纪末，以地球自转周期为依据，确定统一的计时系统，称为世界时：(UniversalTime，简称UT时）。1884年国际经度会议决定，把经过英国格林威治(Greenwich)的经线为本初子午线（即零子午线），当它处于天顶时为零时，即每天的起始时是从格林威治开始。第二讲时间频率标准UT时不均匀第二讲时间频率标准第二讲时间频率标准1955年国际时间局(BIH)对UT时进行修正：分别对地极的移动和季节性变化作了修正，得到UT1和UT2时，但是它的精度只能达到10-8。第二讲时间频率标准历书时(EphemerisTime，简称ET时）是采用以地球公转为基础的计时系统。它规定：1900年回归年长度的31556925.9747分之一为一个历书时秒，86400个历书时秒为一个历书时日。历书时可以很均匀，稳定度可达10-9，但是需要四年对月亮的天文观测，因此测量时间长，难以高精度地复现，使历书时的实用性降低。1960年国际时间局提出历书时第二讲时间频率标准基于天文观测的宏观标准用于测试计量中的不足：设备庞大、操作麻烦；观测时间长；准确度有限。第二讲时间频率标准用原子特定能级跃迁辐射的电磁波频率为参考频率，通过电子学频率自动控制方法，对实用频率源进行频率或相位锁定，从而得到方便使用的、与原子参考标准同样准确和稳定的标准频率信号。原子时标第二讲时间频率标准斯特恩O.Stern（美国1888-1969）1943年诺贝尔物理奖开发原子束方法及对原子磁矩的测量第二讲时间频率标准拉比I.I.Rabi（美国1898-1988)1944年诺贝尔物理奖发明了测量原子核磁性质的核磁共振法第二讲时间频率标准拉姆齐N.F.Ramsey（美国1915-)1989年诺贝尔物理奖Ramsey共振型的原子束及Cs原子钟第二讲时间频率标准1953年世界上第一台原子钟在美国哥伦比亚大学研制成功，原子钟发明后，人们提出原子时(AtomicTime，简称AT时），它是一种自然基准，具有很高的稳定度、准确度和复现率，使用方便。第二讲时间频率标准第二讲时间频率标准第二讲时间频率标准时间频率单位第二讲时间频率标准•原子束型（Atomicbeam）原子钟•激射型（Maser）原子钟•光抽运型(OpticalPumping)原子钟•冷原子喷泉（Fountain）原子钟原子钟（微波频率段）的主要类型第二讲时间频率标准SchematicdiagramofCsatomicclock第二讲时间频率标准CsatomicclockinNRCofCanada第二讲时间频率标准第二讲时间频率标准小型化Cs束原子钟（1986年）HP公司第二讲时间频率标准52P1/252S1/2abF=2F=1Rb8752P1/252S1/2ABF=3F=2Rb85fabABRb87Rb85光谱灯794.7nm滤光片a，bRb87滤光泡Rb85Rb87吸收泡b微波信号微波腔与磁场线圈探测器鉴频信号光抽运型铷原子钟的原理图光谱分布图第二讲时间频率标准fIf0-0光抽运型铷原子钟工作原理图倍频综合晶体振荡器前放调制信号源锁相放大器分频器输出标准频率Rb原子钟物理系统f0-0第二讲时间频率标准ExperimentalapparatusofRbmaseratomicclock第二讲时间频率标准小型化的铷(Rb)原子钟第二讲时间频率标准Portableatomicclock第二讲时间频率标准第二讲时间频率标准中国科学院武汉物理所王天眷教授第二讲时间频率标准NISTF1Csfountainatomicclock(铯原子喷泉钟）第二讲时间频率标准美国国家标准技术研究所的铯原子喷泉钟第二讲时间频率标准NIST原子钟稳定度的发展第二讲时间频率标准石英晶体振荡器AGC放大器温度控制隔离放大器加热器传感器输出频率调整晶体电路绝热层第二讲时间频率标准◆晶体振荡器的主要指标有:输出频率；日波动；秒稳；输出波形；输出幅度。◆几种不同类型的晶体振荡器指标晶振类型输出频率(MHz)日稳定度准确度普通1，1010-5~10-610-5温度补偿1，5，1010-6~10-710-6单恒温槽1，2.5，5，1010-7~10-910-6~10-8双恒温槽2.5，5，1010-9~10-11优于10-8第二讲时间频率标准光钟实验系统第二讲时间频率标准量子频标主要进展第二讲时间频率标准思考题各种类型时间频率标准的准确度和稳定度差别和原因？