本書(shū)全面系統(tǒng)地介紹了原子鐘的相關(guān)知識(shí)。首先描述了時(shí)間計(jì)量的歷史及各種計(jì)時(shí)方法；深入淺出地講解了原子鐘相關(guān)的振蕩理論、振蕩器技術(shù)、原子量子理論、磁共振以及激光和激光冷卻等知識(shí)點(diǎn)；然后再闡述了各類(lèi)原子鐘(銣原子鐘、銫原子鐘、氫原子脈澤、氨分子脈澤、汞離子鐘、噴泉鐘、光鐘等)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程；最后給出了原子鐘在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和基礎(chǔ)物理領(lǐng)域中的應(yīng)用場(chǎng)景。
本書(shū)從1998年□□版出版以來(lái)，光頻測(cè)量技術(shù)已得到迅猛發(fā)展，期間發(fā)明了光學(xué)頻率梳，使頻率□□測(cè)試的范圍大幅拓展，實(shí)現(xiàn)了微波銫原子頻標(biāo)與光鐘的直接比對(duì)校準(zhǔn)。尤其在□近幾年，頻率和時(shí)間精密測(cè)試領(lǐng)域發(fā)展更加迅速，涉及精度提高和頻譜拓展的各個(gè)技術(shù)方向，產(chǎn)生了一系列革命性成果。
激光冷卻原子和離子技術(shù)，可以通過(guò)激光與懸浮于超高真空系統(tǒng)中的粒子長(zhǎng)時(shí)間相干耦合，得到單離子的超窄共振譜線。這種超前的想法，□□次由Dehmelt等提出，并在實(shí)驗(yàn)中觀察到這種孤立的囚禁粒子，這也激發(fā)本書(shū)作者開(kāi)展汞離子囚禁的相關(guān)研究，以及研制下一代空間時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)。基于固態(tài)光源的光頻信號(hào)穩(wěn)定性和合成技術(shù)也迅速發(fā)展，帶來(lái)了光鐘頻率穩(wěn)定度的□□進(jìn)步，也預(yù)期新一代高可靠空間光鐘的研制成功。
在構(gòu)建□□衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GPS的過(guò)程中，原子鐘的重要性得到了充分體現(xiàn)，星載原子鐘是系統(tǒng)的核心部件，如果沒(méi)有原子鐘，也就不存在GPS。目前GPS在軍民領(lǐng)域大量應(yīng)用，幾乎滲透到社會(huì)生活的每個(gè)領(lǐng)域，深刻影響著人們的日常生活，成為我們文化的一部分。如果星載銫原子鐘和星載銣原子鐘能保持亞微秒級(jí)的時(shí)間同步精度，則未來(lái)可實(shí)現(xiàn)亞米級(jí)的GPS定位精度。
與□□版內(nèi)容相似，本書(shū)涉獵范圍較廣，主題覆蓋各類(lèi)基于量子躍遷的原子鐘，以及相關(guān)的基本物理學(xué)原理。同時(shí)作為補(bǔ)充內(nèi)容，書(shū)中□□章也介紹了早期機(jī)械鐘和石英鐘的發(fā)展情況。本書(shū)重點(diǎn)不在原子鐘歷史，而只是希望以歷史的視角來(lái)看待原子鐘的發(fā)展進(jìn)程。
本書(shū)適于原子鐘相關(guān)領(lǐng)域的物理學(xué)家和工程技術(shù)人員使用，書(shū)中覆蓋了大量原子鐘相關(guān)主題，同時(shí)為了滿足非專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的閱讀需求，盡量減少數(shù)學(xué)公式的使用。書(shū)中詳細(xì)地描述了銣、銫、氫原子鐘的設(shè)計(jì)原理，同時(shí)也包含了汞離子微波鐘、激光冷卻、光抽運(yùn)、光學(xué)黏團(tuán)、銫噴泉鐘等新型原子鐘相關(guān)內(nèi)容，以及原子鐘頻率準(zhǔn)確度和頻率穩(wěn)定度的分析方法，其中涉及噪聲、共振譜線線型、相對(duì)論多普勒效應(yīng)等內(nèi)容。書(shū)中也講述了建立在□□時(shí)間頻率基礎(chǔ)上的□□導(dǎo)航系統(tǒng)——羅蘭C和GPS，同時(shí)介紹了統(tǒng)一場(chǎng)理論的不變性原理和對(duì)稱(chēng)性測(cè)量，例如，原子精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)長(zhǎng)期測(cè)定、愛(ài)因斯坦等效原理驗(yàn)證等內(nèi)容。
楊仁福，2007年□□□□□物理研究所博士畢業(yè)，德國(guó)德累斯頓工業(yè)大學(xué)強(qiáng)磁場(chǎng)研究中心（2007年）和美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校物理系（2013年-2014年）訪問(wèn)學(xué)者。北京量子信息科學(xué)研究院首席研究員（PI），西安交通大學(xué)兼職教授。長(zhǎng)期從事原子鐘相關(guān)技術(shù)研究，主持或核心參與的原子鐘包括：CPT原子鐘、汞離子微波鐘、鈣原子光鐘、氫原子鐘（星載、地面）、銫原子鐘等，相關(guān)產(chǎn)品應(yīng)用于“北斗”“天宮”“陸態(tài)網(wǎng)”等國(guó)家重大工程。獲國(guó)家國(guó)防科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)（2017年）、中國(guó)航天科工集團(tuán)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)（2018年）、中國(guó)航天基金會(huì)獎(jiǎng)（2018年）、中國(guó)專(zhuān)利金獎(jiǎng)（2019年）、聯(lián)合國(guó)WIPO獎(jiǎng)（2019年）等，已主持各類(lèi)國(guó)家科研課題15項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文40余篇，授權(quán)專(zhuān)利15項(xiàng)。
1．1 自然界中的周期現(xiàn)象
1．2 歷法
1．3 日食
1．4 潮汐
1．5 恒星日
1．6 歲差
1．7 日晷
1．8 星盤(pán)
1．9 水鐘
1．10 塔鐘
1．11 鐘擺
1．12 機(jī)械游絲擺
第2章 振蕩及傅里葉分析
2．1 介質(zhì)中振蕩運(yùn)動(dòng)
2．2 簡(jiǎn)諧振動(dòng)
2．3 共振效應(yīng)
2．4 波在介質(zhì)中的傳播
2．5 波的散射
2．6 線性和非線性介質(zhì)
2．7 固有振蕩模式
2．8 參變激勵(lì)
2．9 傅里葉分析
2．10 互耦振蕩
第3章 振蕩器
3．1 放大器反饋
3．2 振蕩條件
3．3 諧振器
3．4 速調(diào)微波管
3．5 光頻振蕩器
3．6 振蕩器的穩(wěn)定度
3．6．1 頻率穩(wěn)定度
3．6．2 基本噪聲
第4章 石英鐘
4．1 技術(shù)發(fā)展
4．1．1 無(wú)線電傳播過(guò)程中的頻率控制
4．1．2 壓電效應(yīng)
4．1．3 超聲波傳感器：聲納
4．2 石英晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)
4．3 石英晶體的振動(dòng)模式
4．4 X-射線晶體學(xué)
4．5 石英諧振器的加工
4．6 頻率穩(wěn)定度
4．6．1 老化
4．6．2 環(huán)境
4．6．3 溫度
4．6．4 激勵(lì)
4．6．5 實(shí)際指標(biāo)
4．7 石英諧振器電路
4．7．1 等效電路
4．7．2 頻率響應(yīng)
4．8 頻率測(cè)量和時(shí)間測(cè)量
4．8．1 時(shí)間間隔測(cè)量
4．8．2 數(shù)字電路
4．8．3 頻率合成器
4．8．4 石英表
……
第5章 電子、原子和量子
第6章 磁共振
第7章 原子共振頻率的修正
第8章 銣原子鐘
第9章 傳統(tǒng)銫原子頻標(biāo)
□□0章 原子和分子振蕩器：脈澤
□□1章 氫脈澤
□□2章 粒子囚禁
□□3章 離子微波鐘
□□4章 光頻振蕩器：激光器
□□5章 激光系統(tǒng)
□□6章 原子和離子的激光冷卻
□□7章 激光器在微波頻標(biāo)中應(yīng)用
□□8章 光頻標(biāo)與測(cè)量
□□9章 應(yīng)用：基于時(shí)間的導(dǎo)航
第20章 原子鐘與基礎(chǔ)物理學(xué)
參考文獻(xiàn)
延伸閱讀
中英文對(duì)照
書(shū)單推薦
