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量子频率标准器件

[拼音]:liangzi pinlü biaozhun qijian

[外文]:quantum frequency standard Device

利用粒子(如原子、分子)能级之间的跃迁原理产生极其准确而稳定的频率的量子电子器件。

量子频率标准器件的物理基础是电磁场同工作物质的相互作用,以及受激吸收与辐射原理。它使用具有极窄谱线且量子跃迁频率几乎不受外界影响的那些物质,如铯、氢、氨、铷等。

利用铯原子超精细能级之间的跃迁、以铯原子束技术为基础的器件叫作铯束管。图1为铯束管的结构(见彩图)。它是被动型量子频率标准中极其重要的基础器件。铯束频率标准主要优点是准确度高(基准的准确度达±1×10-13 ),批量生产的小型化器件也具有极优的参数,准确度可达±7×10-12 ,长期稳定度可达5×10-14 ,且频率再现性好(±3×10-12 ),适用于实验室、机载和舰载设备。用于苛刻环境的移动式设备时,小型化器件的准确度不低于±1×10-11 。

主动型量子频率标准中最成熟的,是氢原子激射器(图2)。氢原子激射器的输出功率约10-12 瓦,用铯束频率标准与氢原子激射器比对,测得振荡频率为1420405751.7860±0.0046赫。氢原子激射器具有极好的短期稳定度和长期稳定度,准确度比铯束频率标准稍差。

除以上两种量子频率标准器件外,还有利用其他工作物质制成的器件,如氨分子激射器、氧化钡束管、 原子束管、铯光抽运气泡型频率标准、铷光抽运激射器和铷光抽运气泡型频率标准等,其中只有之后一种可以作为二级频率标准,广泛用于实验室和导航系统等方面。频率标准器件已由微波波段发展到光波段。光频率标准的物理基础是激光技术,最成功的一种是单模氦-氖稳频激光器(3.39微米)。

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