时钟服务的心脏——铷钟

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，来吸收或释放电磁能量的。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滤光泡吸收一条。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f1和f2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。