原子钟的制作

简介

人们日常生活需要知道准确的时间，生产、科研上更是如此。人们平时所用的钟表，精度高的大约每年会有1分钟的误差，这对日常生活是没有影响的，但在要求很高的生产、科研中就需要更准确的计时工具。原子钟是利用原子吸收或释放能量时发出的电磁波来计时的。由于这种电磁波非常稳定，再加上利用一系列精密的仪器进行控制，原子钟的计时就可以非常准确了。

                                         图1、 原子钟

原子钟的制作

原子具有独特的振荡频率。将含钠的精盐撒入火中会闪耀橙色光，这大概是最常见的频率。原子的频率各不相同，有的具有无线电波长，有的具有可见光谱，还有的介于这两者之间。要借助铯原子共振制成一台原子钟，必须精确测量其中一种原子跃迁和共振频率。通常，测量方法是将一个晶体振荡器锁在铯原子的主要微波共振子上。该信号在无线电频谱的微波范围内，与直播卫星信号的频率类型刚好相同。工程师们清楚地知道如何制造适合该频谱范围的设备。要制造一台时钟，首先需要将铯加热，使原子汽化，然后沿着在高真空环境中调控的试管内流动。

原子首先流过一个磁场，该磁场将选择能态适当的原子；然后，原子将流过一个强微波场。微波发生器的范围已经与这个确切的频率非常接近，因为范围值是由精确的晶体振荡器计算出来的。当铯原子接收到频率全合适的微波能时，将会改变自身的能态。要借助铯原子共振制成一台原子钟，必须精确测量其中一种原子跃迁和共振频率。通常，测量方法是将一个晶体振荡器锁在铯原子的主要微波共振子上。该信号在无线电频谱的微波范围内，与直播卫星信号的频率类型刚好相同。

          

                                    图2、 空气动力原子钟

要制造一台时钟，首先需要将铯加热，使原子汽化，然后沿着在高真空环境中调控的试管内流动。原子首先流过一个磁场，该磁场将选择能态适当的原子；然后，原子将流过一个强微波场。微波能的频率将在狭窄的频率范围内前后扫描，以便在每个周期的某个时间点，完全与 9,192,631,770赫兹（Hz，或每秒周期数）这个频率重叠。微波发生器的范围已经与这个确切的频率非常接近，因为范围值是由精确的晶体振荡器计算出来的。当铯原子接收到频率完全合适的微波能时，将会改变自身的能态。

总结



原子钟是利用铷、铯等原子的稳定振荡频率制成的极精密计时器，计时误差小于每日百万分之一。它的原理是让一束原子进入单向磁场使某一能极的原子偏转进入高频磁场发生共振吸收，再通过一系列电子电路控制或校准一个石英钟来达到精密计时的目的。这种时钟可以精确到每天1×10^-13秒，也就是每30万年差1秒。因此，原子钟一直被用来测定标准时间。

以上就是小编今天要和大家一起学习的关于原子钟的制作了，希望可以帮助到大家。

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