原子钟的几种常见类型
原子钟——精选推荐
原⼦钟利⽤原⼦的⼀定共振频率⽽制造的精确度⾮常⾼的计时仪器。
是世界上已知最准确的时间测量和频率标准，也是国际时间和频率转换的基准，⽤来控制电视⼴播和全球定位系统。
现在⽤在原⼦钟⾥的元素有氢、铯、铷等，最好的铯原⼦钟精度可以达到每500万年相差1秒。
现在的世界标准时间，即是由原⼦钟报时的协调世界时。
环球⽹：由于格林尼治标准时间跟不上计算机时代的发展，今后⼈们可能将以原⼦钟标准时间为准。
原⼦钟以原⼦共振频率标准来计算及保持时间的准确，是世界上已知最准确的时间测量和频率标准，也是国际时间和频率转换的基准，⽤来控制电视⼴播和全球定位系统卫星的讯号。
原⼦钟⾥的元素有氢、铯(sè)、铷(rú)等。
最好的铯原⼦钟精度可以达到每500万年相差1秒。
这为天⽂、航海、宇宙航⾏提供了强有⼒的保障。
[1]原⼦钟直到20世纪20年代，最精确的时钟还是依赖于钟摆的有规则摆动。
取代它们的更为精确的时钟是基于⽯英晶体有规则振动⽽制造的，这种时钟的误差每天不⼤于千分之⼀秒。
即使如此精确，但它仍不能满⾜科学家们研究爱因斯坦引⼒论的需要。
根据爱因斯坦的理论，在引⼒场内，空间和时间都会弯曲。
因此，在珠穆朗玛峰顶部的⼀个时钟，⽐海平⾯处完全相同的⼀个时钟平均每天快三千万分之⼀秒。
所以精确测定时间的唯⼀办法只能是通过原⼦本⾝的微⼩振动来控制计时钟。
[2]1945年，哥伦⽐亚⼤学物理教授Isidor Rabi建议采⽤他在⼆⼗世纪三⼗年代开发的原⼦束磁共振法制造时钟。
1949年，国家标准局（NBS，现称美国国家标准技术协会，简称NIST）宣告开发了全球第⼀台将氨分⼦⽤做振荡源的原⼦钟；1952年，该机构宣告开发了第⼀台将铯原⼦⽤做振荡源的原⼦钟，即NBS-1。
1955年，英国国家物理实验室制造出了第⼀台可⽤做振荡源的铯束原⼦钟。
在其后的⼗年中，越来越多的先进时钟相继问世。
1967年，第13届度量衡⼤会在铯原⼦振荡技术的基础上制定了SI秒，从此，全球的计时系统不再以天⽂学技术为基础。
原子钟
王治樊 乔梁
01 • 原子钟的工作原理
• 原子钟发展历史
02
原子钟的工作原理
• 综合原子综系合统时原组系子成时统的定（义及拓展） 03
综合原子时的归算
原子钟以原子共振频 率标准来计算及保持
时间的准确。
原子钟里的
元素有氢、铯、 铷等。
尽管市面上有形形色色的各种原子钟，但这些
原子钟的原 理都是相同的，其主要差别在于使 用的元素，以及能级变化时间的检测方式。
第一阶段： 由铯原子组成的气体，被
引入到时钟的真空室中，用6 束相互垂直的红外线激光
（黄线）照射铯原子气，使之 相互靠近而呈球状，同时激光
减慢了原子的运动速度并将 其冷却到接近绝对零度。此 时的铯原子气呈现圆球状气 体云。
综合原子时数据库不仅包
括了国内各守时实验室的主钟和其
它艳钟、氢钟、铆钟的比对结 果, 包括了长波、电视、微波 和卫星等多种同步技术的比对结
果, 还包括了国外主要守时中心, 如
美国海军天文台, 日本东京天文 台、日本电波研究所、巴黎天文 台、加拿大国家研究委员会等的
测量结果。
远距离同步
内部比对
综合原子时数据库Байду номын сангаас
预处理系统
M O W A 算法
协调补偿
原子时
协调时
综合原子时公报
综合原子时系统组成：
综合原子时预处理系统是一
种拟处理方式的设计, 能够成批计算大 量各实验室的原子钟的有关性能参数,
有效地处理原子钟中时有发生的相位 和频率的阶跃问题, 自动解决数据处 理中出现的满刻度、过零和软盘 转换等问题. 特别是该系统实现了电 视比对结果的自动补偿, 克服了错帧、 错场、错行或错用均衡脉冲等问
原子钟的几种常见类型
原子钟得几种常见类型摘要本文按出现得时间顺序介绍几种常用原子钟(光谱灯抽运铷原子钟、光谱灯抽运铯原子钟、磁选态铯原子束钟、激光抽运铯原子束钟、激光冷却冷原子喷泉钟、积分球冷却原子钟)得基本原理。
原子钟就是利用原子或分子得能级跃迁得辐射频率来锁定外接振荡器频率得频率测量标准装置得俗称,通称为量子频率标准或原子频标。
其工作原理可用图1来描述：图1一个受控得标准频率发生器产生得信号经过倍频与频率合成转换成为频率接近于原子跃迁频率得信号,激励原子产生吸收或受激发射得频率响应信号，呈共振曲线形状,称为原子谱线,其中心频率即原子跃迁频率为,线宽为Δν。
若经过转换得受控振荡器频率与原子跃迁频率不符，原子做出得响应信号通过伺服反馈系统来矫正振荡频率,直到使其与原子频率符合为止。
这样就使受控振荡器频率始终稳定在原子跃迁频率上,从而实现使其振荡频率锁定于原子跃迁频率得目得。
光谱灯抽运铷原子钟光抽运汽室频标用碱金属原子基态两个超精细结构能级之间跃迁得辐射频率作为标准频率,它处在微波波段。
在磁场中,这两个能级都有塞曼分裂,作为标准频率得跃迁就是其中两个磁子能级=０之间得跃迁,它受磁场影响最小。
若用合适频率单色光照射原子系统,使基态一个超精细能级上得原子被共振激发,而自发辐射回到基态时可能落到所有能级,原子就会集中到一个基态能级，极大地偏离玻尔兹曼分布,这就就是光抽运效应。
这里选择抽运光起着关键作用。
在2０世纪60年代初,激光器刚发明尚无法利用,唯一可用得共振光源就是光谱灯。
一般光谱灯就是由同类原子发光，它得光谱成分能使基态两个超精细能级上得原子都被激发,因而不能有效地实现选择吸收,起到光抽运作用。
幸好对铷原子,可以有一个巧妙得办法。
铷原子有两种稳定同位素:与，其丰度分别为72、2%与27、8%。
它们各有能级间距为3036MＨz与6835MＨz 得两个超精细能级,其共振光得频率分布如图2所示。
这里Ａ，B线为所产生,a，ｂ线属于原子。
cpt原子钟型号
CPT原子钟，即基于相干布局囚禁（Coherent（Population（Trapping）原理实现的原子钟，是一种芯片级原子钟。
CPT原子钟的型号包括但不限于以下几种：
1.SA.45S：由美国Symmetricom公司发布，整机功耗为115mW，体积为16cm³，频
率稳定度为2×10−10τ−1/2，启动时间为120s。
2.SA.53m/SA.55m：由Microchip公司发布，该系列原子钟充分借助CSAC和前代
SA.3Xm产品的CPT技术，是微型原子振荡器的新进展。
3.SYN010H：国产芯片级原子钟，采用国产元器件和工艺研制而成，工作温度范围-
40℃~+75℃，可在该温度范围内保证PPb量级的频率精度。
其外形及安装尺寸兼容SA.45s，具有低功耗、小尺寸、快启动的优点，可广泛应用于多种便携式设备及无人值守时频设备中。
这些原子钟型号各有其特点和优势，选择时需要根据具体的应用场景和需求进行考虑。
原子钟
/AMuseum/time/index.htmlNPL：铯：计时技术小史文/Justin Rowlatt铯中心：位于科罗拉多州的信号中继站，原子钟时间信号从这里传到美国的千家万户。
作为一个化学元素，铯实际上已经重新对时间进行了定义。
自小时候到现在，在各种场合你都被告知准时很重要。
现在，有了铯原子，全世界各个地方的时间都能保持准确，准确到让我们感到需要重新思考时间是什么。
而且我们发现计时技术中存在一个奇怪的缺陷。
事实上是在近些年来人们才意识到准确及时的重要性。
并不是我们的祖先不需要知道时间，他们当然需要。
几千年来，人类制造出多种多样精致的仪器来衡量时间的流逝。
但事实是直到175年前，在那之前的几千年里，人们对于时间的定义来源都是太阳。
不管走到哪里，你总能认出什么时候是正午。
晴天里只要看一眼天空或者看一下日晷，你就能知道时间。
这一切随着世界上第一条铁路线的开通而改变了，这第一条铁路就在这里，在我们英国。
在那之后人们都知道伦敦的正午比布里斯托（Bristol）的正午早10分钟，这是一个精确的值，它是阳光走过两座城市之间的经度差所需要的时间。
计时系统出现错误导致的将不只是乘客会误车。
由于计时偏差导致的危险事件甚至火车事故越来越多。
1840年11月，英国西部铁路公司（Great Western Railway）解决了这一问题，他们使用了一个叫“铁路时间”（Railway Time）的计时系统。
系统内所有城市的时间都是伦敦时间，这是第一次人们根据一个标准将不同地点的时间同步起来。
此举引起了很大争议。
突然间，皇家格林尼治天文台（Royal Observatory）就可以从遥远的格林尼治控制你的时间系统。
埃克赛特大学的校长拒绝将学校大教堂的时钟调整至英国西部铁路公司所要求的时间。
布里斯托采用了一个折中的方案：时钟上有两个分针，一个显示当地时间，一个显示“铁路时间”。
这座钟位于布里斯托，钟上仍旧有两根分针，两者表示的时间相差十分钟然而“铁路时间”逐渐成为了英国很多地方的时间标准，而且在世界上其他后来修建铁路的地区大多数都采用了“铁路时间”的标准。
原子钟的几种常见类型
光谱灯发出的共振光经透镜聚焦后，通过置于谐振腔内的汽室被吸收，并在光电检测器上得到一定电平的光电信号。这相当于光抽运下原子在两个基态超精细能级上建立稳态分布时的信号，当谐振腔内电磁场频率与超精细跃迁相符时，原子在两个超精细能级之间发生跃迁，打破了原有的原子在能级上的平衡分布，又会发生新的光吸收，产生跃迁的光检测信号，即原子钟信号。
冷原子喷泉钟的基本想法如图7所示，搭建一个竖立的真空装置，真空中充
有工作介质(铷或铯)的饱和蒸汽，利用激光俘获原子并将其冷却，将原子上抛。原子在上抛和下落的过程中只受到重力作用，它两次穿过微波腔，与时间上的分离振荡场作用，产生钟跃迁，然后探测不同能级的原子。最后获得与Ramsey钟跃迁相应的荧光信号。这样极大减小了传统结构中两个振荡场不同所造成的相位频飘而且两次与微波振荡场作用时的速度等值反向，消除了一阶多普勒频移。[2]图7
积分球冷却原子钟积分球冷却原子钟的基本思想是把原子钟的所有相互作用(原子冷却、原子制备、微波探测和检测)都在同一地方发生，应用时序将各个阶段的作用分开。从而该钟可以减小到几升的体积。
积分球冷却原子钟的物理部分是由激光焊接的钛材做成，真空室由2L/s的离子泵维持在9* mPa。外面罩两层磁屏蔽。
为了满足冷却过程的需要，球形紫铜腔须光学抛光到λ/14的精度以便储存激光和产生各向同性的光场以供捕获和冷却原子用。同时，这个微波腔调谐在9。192GHz 模式，用于激励“钟”跃迁。微波腔内有一Cs原子储存泡，保持真空度在 乇。含泡腔的Q=3000。
图1
一个受控的标准频率发生器产生的信号经过倍频和频率合成转换成为频率接近于原子跃迁频率的信号，激励原子产生吸收或受激发射的频率响应信号，呈共振曲线形状，称为原子谱线，其中心频率即原子跃迁频率为 ，线宽为Δν。若经过转换的受控振荡器频率与原子跃迁频率不符，原子做出的响应信号通过伺服反馈系统来矫正振荡频率，直到使其与原子频率符合为止。这样就使受控振荡器频率始终稳定在原子跃迁频率上，从而实现使其振荡频率锁定于原子跃迁频率的目的。
铷钟
主要技术指标
频率稳定度 月频率漂移率
频率重现性 频率准确度
频率稳定度是频率偏差的起伏程度，实际上是一种可以用随机过程（平稳的或不平稳的）来研究和处理的问 题。频率稳定度在时域上的数学表征是阿伦标准偏差。
原子频标连续工作时，频率随时间单方向慢变化程度，用最小二乘法估计。通过GPS锁定，可改变铷原子钟 的漂移。铷原子钟的月漂移为：1×10-11～4×10-11。
铷频率标准不需要真空系统、致偏磁铁和原子束，因而体积小、质量小、预热时间短、价格便宜，但准确度 差、频率漂移比较大，仅能用作二级标准。铷频率标准可通过GPS进行快速驯服和外秒同步，克服铷振荡器本身 的漂移，可被看作是一个基本的同步时钟单元。通过设计和工艺的改进，产品的可靠性和批量生产也得到保证， 现已具备产业化的条件。可以预计，这种带外秒驯服的高性能小型化铷钟将应用于无人值守等苛刻环境，将大大 拓展铷钟的应用领域。
●漂移率
频率漂移率是铷原子频标的重要指标之一，通常认为光频移是导致整机频率漂移的主要因素，一般在零光强 频移泡温点，光强频移贡献约为1×10-12/1%，灯光强日漂移一般可达千分之一至万分之几，铷原子频率标准的 月漂移率应在4×10-11-5×10-12范围内。
●价格
选购铷原子钟需要考虑产品的价格范围，铷原子钟的价格取决于许多因素，包括稳定度、漂移率、准确度等。 一般情况下，相同指标的铷原子钟，国产比进口产品价格便宜。
特点
钟具有短期稳定性高，体积小巧，便于携带，价格合适的特点，非常适合于在各个领域使用，但由于铷原子 的原子特性的原因，铷钟并不具有铯钟和氢钟那样优秀的长期稳定度，因而需要校准。为了提高铷钟的长期稳定 度，可以通过使用GPS系统来对铷钟进行控制和校准。
GPS系统通过测量时间差来实现定位测量，为了达到较高的定位精度，GPS系统内部时间测量精度极高。通过 使用GPS系统来对铷钟进行校正，可以很好的提高铷钟的长期稳定度，降低铷钟输出信号的飘移。
原子钟的发展及其应用浅析
原子钟的发展及其应用浅析摘要：原子钟作为精密的时间测量仪器，在科学研究和技术方面广阔的应用空间。
经过进百年的发展，原子钟的精度、稳定性、尺寸和使用成本相比于刚发明时有了很大的提高，并且已经被应用于科研和生产生活方方面面。
本文主要介绍了原子钟的工作原理，几种应用较广的原子钟类型以及原子钟的应用，并提出了一些原子钟有待改进的问题。
关键字：原子钟超精细能级激光 GPS全球定位系统一、引言众所周知，时间的测量与国民经济、国防、科学实验乃至人民的生活密切相关。
在实验室等场合，人们对精密时间测量有很高的要求，但现在日常生活中常见的计时仪器如石英表、电子表等都无法很好地满足人们的需求，因此我们迫切需要一种精确计时仪器，随后便有了原子钟的发明。
最早的传统型原子钟由Isidor Rabi与他的学生在20世纪30年代发明，其主要原理是超精细能级跃迁。
尽管它最初本是由Isidor Rabi创造出来用于探索宇宙本质的，但其后有了许多应用。
经过半个多世纪的发展，传统型原子钟演变为多种类型的新一代原子钟，主要有冷原子喷泉钟、空间基准钟、气泡型冷原子钟以及CBT钟和光钟等。
同时，原子钟也获得愈来愈广泛的应用，重要性也更加显著：它被广泛应用于导航、信息等领域，例如如今已渗透到人们生活各个方面的GPS的主要控制部分就含有原子钟。
原子钟为远距离精确定位提供了基础。
在高科技研究方面，由于原子钟而能精确地获得时间数据，使得测量耗时短的物理过程成为可能，可以提高研究水平以及结果的准确性和可靠性。
本文以下部分将依次阐述原子钟的基本原理、原子钟的主要类型、原子钟在生活工业和科技方面的应用，以及其局限性和发展前景。
二、原子钟的原理目前所有种类的原子钟都是以超精细能级跃迁为基本原理设计的。
本段首先解释什么是超精细能级跃迁。
原子核外的电子只能在特定的、不同的轨道上运动，不同轨道上的电子有不同的能量，不同的能量值称之为能级。
核外电子能在不同的轨道上跃迁，使原子有不同的能量，即处于不同的能级。
原子钟基本原理及各类原子钟性能
1
原子跃迁频率
原子钟信号
理想的原子钟信号
实际信号
2
原子钟的特征参数
❖ 频率稳定度— 表征原子钟输出信号的频率值波动程度（时域，阿伦方差、 哈达玛方差）或频谱噪声大小（频域，相位噪声）
❖ 频率准确度— 表征原子钟输出信号的频率与标称的定义值（秒定义导出） 的符合程度
USNO43, India1, Brazil1, Mexico1,KRISS1 , NRC1, ON11 , ... 25台
11
光学频率原子钟
微波频率~1010Hz，光学频率~1015Hz
12
≤ 5×10-14/5d、1×10-14/5d
8
铯束原子钟
热铯原子束
原子速度 100m/s 、腔长 1m
T=10ms、 =50Hz
9
铯原子喷泉钟
10
国际第一台铯原子喷泉钟
LNE-SYRTE (FO1) ± 4×10-16 , 1.6×10-14τ -1/2 FO1-FO2: ±4.0×10-16, 5.4×10-14 τ -1/2, 2.2×10-16 (50 000 s)
115 mW, 16 cm3
➢ 小批量生产能力，支撑Micro-PNT、水下导航、
2E-10/s
Drift < 1E-10/month
数子通信等发展
5
铷原子钟
Symmetricom
TNT
星载铷钟
体积小、功耗小、易于小型化，最广泛使用的工程原子钟； 准确度：~±1E-11； 稳定度：2~3×10-12 τ-1/2 ，2~3×10-14/d；天漂≤8.2×10－14 存在光频移、信噪比低、寿命短等缺陷
原子钟的基本原理及应用
原子钟的基本原理及应用1.原子钟的概念原子钟，是一种利用原子、分子能级差为基准信号来校准晶体振荡器或激光器频率，以使其输出标准频率信号的一种装置。
它利用原子能级跃迁产生的光信号，通过光电转化、信号处理后获得用来修正晶振或激光器频率的负反馈纠偏信号，使其输出稳恒振荡频率，这种输出频率可以用来精确计量时间。
根据采用的原子种类和技术手段的不同，原子钟可以分为很多种。
因为特定原子能级之间的能极差是很稳定的，所以原子钟的准确度很高，可以达到千万年仅差一秒或者更高的水平。
2.几种常见的原子钟随着物理学技术的发展，特别是与原子钟技术有关的原子、分子和光学物理方面的进步，极大地促进了原子钟技术的发展，人们研制出了不同种类的原子钟。
现代原子钟所采用的许多技术都与脉泽、激光以及后来的激光光谱学新领域的发展密不可分。
这些技术的发展导致原子和离子的激光冷却和囚禁技术的产生，很多新型原子钟也应运而生。
2.1冷原子喷泉钟冷原子喷泉钟主要有铯原子喷泉钟和铷原子喷泉钟两种，它们的工作原理相同，结构也大同小异。
喷泉原子钟工作时，冷原子云在电磁场以及重力的作用下沿喷泉管上下运动，以完成原子能级变化的检测，就像喷泉一样，所以取了一个形象的名字—喷泉钟。
2.2原子光钟原子光钟是一种作为参考标准的原子能级跃迁频率处于光频波段的原子钟。
原子光钟的工作原理与微波原子钟相似，除了跃迁频段不同之外，其频率发生器是稳频激光器而不是微波原子钟的晶体振荡器。
原子光钟用稳频激光器的脉冲去探测被激光冷却的工作物质（原子或离子），激励被冷却的工作物质发生跃迁，使用一个声光调制器（AOM）调节探测激光的频率，使它接近原子的共振频率，跃迁信息通过光电倍增管来检测，以原子跃迁产生的信号作为参考信号，并通过声光调制器和伺服系统调制探测激光的频率，使其锁定到原子的共振中心频率。
因为光频率比微波频率高大约5个量级，激光冷却可以把元素样品冷却到μK 量级的低温，从而使谱线具有很高的Q值，所以原子光钟可以达到很高的准确度和稳定度，频率稳定度可以达到10-17甚至10-18量级。
北斗中的铷原子钟的认识
铷原子钟是北斗导航卫星最核心的产品，它直接决定着导航卫星定位和授时的准确性，是整个导航卫星的“心脏”。
得益于中国人自主打造的新一代高精度铷钟，北斗三号导航卫星的授时精度优于10纳秒，也就是说利用它，我们可以用一秒钟的一亿分之一这个精度来校准时间，定位精度也由此前的10米级提高到米级。
自然界中，铷原子发生能级跃迁时，会产生每秒钟超过68亿次的电磁波震动，始终不变。
铷原子钟就是利用这种自然现象制作出来的精密计时工具。
工程师们要利用真空罐，模拟铷原子钟在轨长期工作的环境，测试包括频率稳定度、漂移率、准确度等多项指标。
只有达到了百亿分之三秒的精度，并且24小时漂移率小于百万亿分之一，这个铷钟才能成为北斗卫星的“心脏”。
真空罐里的测试，需要连续进行90天以上才能全面评估铷原子钟的性能。
4.1原子钟寻亲记(教学设计)-2023-2024学年四年级科学下册大象版
4. 信息化资源：科学教育网站，提供原子钟相关科普文章、视频等资源。
5. 教学手段：小组合作、讨论、实验操作、案例分析等。
五、教学流程
（一）课前准备（预计用时：5分钟）
学生预习：
- 发放预习材料，包括原子钟的基本概念和工作原理，让学生提前了解课程内容。
- 鼓励学生分享学习心得和体会，增进师生之间的情感交流。
（六）课堂小结（预计用时：2分钟）
- 简要回顾本节课学习的原子钟内容，强调重点和难点。
- 肯定学生的表现，鼓励他们继续努力。
布置作业：
- 根据本节课学习的原子钟内容，布置适量的课后作业，巩固学习效果。
- 提醒学生注意作业要求和时间安排，确保作业质量。
解答：原子钟的发展历程包括：早期的原子钟（如氨钟、氢钟）、铯原子钟、铷原子钟、氢原子钟等。随着科学技术的发展，原子钟的精度不断提高。
例题3：原子钟在现代科技中的应用有哪些？
解答：原子钟在卫星导航（如GPS）、通信系统、科学研究等领域发挥着重要作用。例如，GPS系统中的卫星需要精确的时间同步，原子钟可以提供这种精确的时间信号。
三、教学难点与重点
1. 教学重点
（1）原子钟的工作原理：本节课的核心内容之一，教师应重点讲解原子钟是如何通过原子振动来测量时间的，并强调其高精度和高稳定性的特点。
（2）原子钟的历史发展：介绍原子钟从发明到现在的发展历程，帮助学生了解科学技术的进步。
（3）原子钟在现代科技中的应用：讲解原子钟在卫星导航、通信、科学研究等领域的重要作用，让学生认识到原子钟的实际价值。
二、当堂检测
1. 原子钟是如何工作的？
答：原子钟利用原子振动频率的稳定性来测量时间。它通过测量原子能级跃迁时发射或吸收的光频率来确定时间。
原子钟的研究和应用
原子钟的研究和应用第一章原子钟的基本原理原子钟是一种高精度的时间计量设备，其原理基于原子的稳定振荡。
常见的原子钟有氢原子钟、铯原子钟和氘原子钟等。
其中最广泛使用的是铯原子钟。
铯原子钟的工作原理是利用铯原子的电子跃迁作为对时间的计量标准。
通过激光和微波的作用，铯原子的基态的两个能级之间的能量差被精确地测量，从而推算出标准时间的读数。
第二章原子钟在精确计时中的应用原子钟的精度达到了很高的水平，它在钟表的计时、导航系统、卫星通讯以及实验物理等领域都有着广泛的应用。
在卫星通讯领域，原子钟能够提供非常高精度的时间同步，保证通信质量。
同时，原子钟在导航系统中的应用也非常重要。
全球定位系统（GPS）就是利用原子钟来测量卫星和接收器之间的信号传输时间，从而计算出接收器的位置。
在实验物理领域，原子钟也是非常重要的设备。
例如，在中微子物理实验领域，原子钟的精度能够提供非常好的测量值。
第三章原子钟技术的发展原子钟技术自20世纪50年代起开始得到广泛研究和应用。
随着科技发展，原子钟的精度也越来越高。
目前，最先进的铯原子钟的精确度达到了1秒钟误差不到1微秒，这已经足以满足人类的计时需求。
除此之外，原子钟技术也在不断发展和完善。
例如，研究人员正在研究光晶体原子钟和氦原子钟等新型原子钟。
这些原子钟能够提供更高的精度，同时也能够在更为复杂的环境中工作。
第四章原子钟与人类生活的结合原子钟作为一种高精度的计时工具，已成为人类生活中的重要设备。
它被广泛应用于钟表、计算机、通讯、铁路等各个领域中。
例如，各类交通工具的时刻表，都需要依赖原子钟提供精确的时间。
另外，在股票市场中，原子钟也能够提供非常高精度的计时服务。
原子钟还能够辅助气象科学，提供精确的天气预报服务，提高人们对自然灾害的防范能力。
第五章结语原子钟是一种高精度的计时设备，它在现代科技领域扮演着非常重要的角色。
随着科技的不断进步，原子钟的精度和适用范围也得到了不断扩大。
相信，在未来，原子钟将能够更好地服务于人类社会的各个领域中，为人们的生产和生活带来更为便利、高效和准确的计时服务。
原子钟历史
原子钟依赖于微观世界中的周期现象（特别是跃迁辐射中的周期现象），这是自然界中最完美、最纯粹的周期现象。
它不损耗，不老化，振动周期比石英晶体短，所以原子钟的精度远高于以往任何一种钟，而且还可以测量更精细的时间间隔。
英国科学家最早研制的原子钟是铯原子钟。
铯在早期原子钟的生产中发挥了重要作用，由于其超精细能距大，在微波波段的跃迁辐射相对容易测定，而且它只有一种稳定的同位素，避免了提纯的麻烦。
此外，应该提到的是，美国和国家标准计量研究所于1949年研制的氨分子钟有时被称为第一原子钟。
原子钟的出现不仅改变了时间测量，也改变了空间测量。
1967年，人们将“秒”的定义从最初的天文定义改为原子钟的定义，即1秒等于“铯-133原子基态两个超精细能级跃迁对应的9192631770个辐射周期的持续时间”；1983年，人们进一步联系起来“米”与“秒”的定义，即一米等于“真空中的光1/299792458秒”。
在人类计量史上，这是一个引人注目的结果，因为传统上人们用空间距离（如日晷和时钟的刻度）来标记时间，但现在空间计量依赖于时间计量。
原子钟在诞生之初，其精度仅为每300年一秒。
经过半个多世纪的发展，其精度提高了几百万倍，而且还在不断提高。
同时，原子钟的种类也增加了。
工作物质已从铯和铷原子扩展到钙、锶甚至汞。
2009年，美国国家标准与计量研究所（NIST）的科学家研制出一种原子钟，其精度记录仅比每17亿年减少1秒。
原子钟是以汞离子为基础的。
它的工作波段在光学波段（传统的铯原子钟在微波波段），所以又称
光学钟。
光学钟的振动周期比铯原子钟短，所以除了精度更高外，可以测量的时间间隔也更精细。
导航卫星与原子钟
文/李会超导航卫星与原子钟好莱坞大片《加勒比海盗5》重现了当年大航海时代扬帆远航的豪迈场景。
对于航海家们来说，和挂帆操舵同样重要的是确定自己的位置。
在公海大洋之中，放眼望去都是浩瀚无垠的大海，航海家们可以依靠的只有天上的星斗。
在那时的航海定位中，只有当定位者能够比较精确的确定目前的时间时，才能利用天文学家们测量好的星图和计算表来确定自己的位置。
到20世纪初，专门为航海准备的精密计时器已经可以将一天内的误差降低到几秒的量级。
今天，已经很少有轮船利用星空进行日常定位导航了。
全球导航卫星系统（GNSS）的出现使得人们用终端机接收卫星信号后，就能快速、精准地确定自己的位置。
国际上起步最早、应用最广泛同时也是最成熟的全球导航卫星系统是美国的GPS卫星系统。
同时，俄罗斯的格洛纳斯导航系统、欧洲的伽利略导航系统也陆续建成。
中国北斗卫星导航系统目前也正在紧锣密鼓地进行建设。
精确导航需要精确的时间有趣的是，在大航海时代几百年后的卫星导航的时代，精确的导航仍然和精确的时间测量相联系。
这四种导航系统虽然在具体的技术设置上各有特色，但基本原理都是相同的：导航卫星在空中连续发送带有时间和位置信息的无线电信号，供地面终端接收。
由于卫星与接收者之间隔着一定距离，接收机接收信号的时间要比卫星发送时间晚一些，一般将这两个时间之间的间隔称为时延。
将时延乘上光速，便得到了卫星与接收机之间的距离。
当终端同时测到与四颗或更多卫星之间的距离分别是多少时，便可以获得当前位置的准确值。
光速高达每秒30万公里，要精确定位，就要求对时间的测量精度非常高。
据估计，当时间误差为10纳秒时，对应的空间距离误差就达到3米。
日常活动中对定位的误差要求一般不能大于10米，这就要求卫星上能够持续产生准确的时间数据。
在20世纪初，人们能利用的最精确的时间信号产生器件是石英晶体振荡器。
这种目前在电子电路上广泛应用的器件并不能满足精准定位的要求。
在20世纪60到70年代，美国的导航技术预先研究表明，仅用恒温晶振，卫星的时间保持能力为每天数微秒（1微秒=1000纳秒），不能满足卫星定位的要求。
最准确的时钟
最准确的时钟——铯原子钟时间在人们的日常生活中有着重要的地位，虽然它看不见摸不着，但任何事物的发展都伴随着时间的流逝。
同样，在当今的物理学发展中，时间的重要性就不言而喻了。
它用于描述事件之间的顺序，并常常与空间概念一起用于描述事物之间的存在状态，它与众多的科学和工程技术密不可分。
因此，时间的计量就变得非常重要。
怎样把时间的计量精确到尽可能高的精度是当今时间计量的重要课题之一。
时间的计量自古以来就是人们研究的重点，随着科学技术的发展，时间的计量器具主要有圭表、日晷、漏壶、浮子、漏箭、漏水浑天仪、停表刻漏、恒定水位漏、大称式刻漏、多壶式受水水位刻漏、赤道式日晷、擒纵机构、莲花漏、多壶漫流刻漏、皇佑刻漏、水运仪像台、地平式日晷、机械闹钟、秒表、沙漏、怀表、自摆钟、石英钟、原子钟、超冷铯原子钟。
其中铯原子钟是几年来发展的一种新型的原子钟，是一种精密的计时器具。
日常生活中使用的时间准到1分钟也就够了。
但在近代的社会生产、科学研究和国防建设等部门，对时间的要求就高得多。
它们要求时间要准到千分之一秒，甚至百万分之一秒。
为了适应这些高精度的要求，人们制造出了一系列精密的计时器具，铯钟就是其中的一种。
铯钟又叫“铯原子钟”。
它的计量精度已经提升到了不可思议的地步，在物理学中发挥的作用也越来越重要。
铯原子钟的发展二十世纪30年代，美国哥伦比亚大学实验室的拉比和他的学生在研究子及其原子核的基本性质时所获得的成果，使基于上述原子计时器的时钟研制取得了实质性进展。
在拉比设想的时钟里，处于某一特定的超精细态的一束原子穿过一个振动电磁场，场的振动频率与原子超精细跃迁频率越接近，原子从电磁场吸收的能量就会越多，并因此而经历从原先的超精细态到另一态的跃迁。
反馈回路可调节振动场的频率，直到所有原子均能跃迁。
原子钟就是利用振动场的频率作为节拍器来产生时间脉冲，目前，振动场频率与原子共振频率已达到完全同步的水平。
1949年，拉比的学生拉姆齐提出，使原子两次穿过振动电磁场，其结果可使时钟更加精确。
原子钟的基本原理及应用
原子钟的基本原理及应用1.原子钟的概念原子钟，是一种利用原子、分子能级差为基准信号来校准晶体振荡器或激光器频率，以使其输出标准频率信号的一种装置。
它利用原子能级跃迁产生的光信号，通过光电转化、信号处理后获得用来修正晶振或激光器频率的负反馈纠偏信号，使其输出稳恒振荡频率，这种输出频率可以用来精确计量时间。
根据采用的原子种类和技术手段的不同，原子钟可以分为很多种。
因为特定原子能级之间的能极差是很稳定的，所以原子钟的准确度很高，可以达到千万年仅差一秒或者更高的水平。
2.几种常见的原子钟随着物理学技术的发展，特别是与原子钟技术有关的原子、分子和光学物理方面的进步，极大地促进了原子钟技术的发展，人们研制出了不同种类的原子钟。
现代原子钟所采用的许多技术都与脉泽、激光以及后来的激光光谱学新领域的发展密不可分。
这些技术的发展导致原子和离子的激光冷却和囚禁技术的产生，很多新型原子钟也应运而生。
2.1冷原子喷泉钟冷原子喷泉钟主要有铯原子喷泉钟和铷原子喷泉钟两种，它们的工作原理相同，结构也大同小异。
喷泉原子钟工作时，冷原子云在电磁场以及重力的作用下沿喷泉管上下运动，以完成原子能级变化的检测，就像喷泉一样，所以取了一个形象的名字—喷泉钟。
2.2原子光钟原子光钟是一种作为参考标准的原子能级跃迁频率处于光频波段的原子钟。
原子光钟的工作原理与微波原子钟相似，除了跃迁频段不同之外，其频率发生器是稳频激光器而不是微波原子钟的晶体振荡器。
原子光钟用稳频激光器的脉冲去探测被激光冷却的工作物质（原子或离子），激励被冷却的工作物质发生跃迁，使用一个声光调制器（AOM）调节探测激光的频率，使它接近原子的共振频率，跃迁信息通过光电倍增管来检测，以原子跃迁产生的信号作为参考信号，并通过声光调制器和伺服系统调制探测激光的频率，使其锁定到原子的共振中心频率。
因为光频率比微波频率高大约5个量级，激光冷却可以把元素样品冷却到μK 量级的低温，从而使谱线具有很高的Q值，所以原子光钟可以达到很高的准确度和稳定度，频率稳定度可以达到10-17甚至10-18量级。
[资料]铯原子钟
![[资料]铯原子钟](https://img.taocdn.com/s3/m/8deacf77b94ae45c3b3567ec102de2bd9705de44.png)
铯原子钟所有时钟的构造都包括两大部分：能够按照固定周期走动的装置，如钟摆；还有一些计算、累加和显示时间流失的装置，如驱动时钟指针的齿轮。
大约50年前首次研制出的原子钟增加了第三部分，即以特定的频率对光和电磁辐射作出反应的原子，这些原子用来控制“钟摆”。
目前最高级的原子钟，就是利用106个液态金属铯原子对微波辐射产生共振效应来控制时针的走动。
这样的时针每秒约走动1011次，时钟指针走动得越快，时钟计算的时间也就越精确。
每一种原子都有自己的特征振动频率。
人们最熟悉的振动频率现象，就是当食盐被喷洒到火焰上时，食盐中的元素钠所发出的橘红色的光。
一个原子可以具有多种特征振动频率，可能位于无线电波波段、可见光波段，或介于其中。
铯－133则被普遍地选用作原子钟。
将铯原子共振子置于原子钟内，需要测量其中一种的跃迁频率。
通常是采用锁定晶体震荡器到铯原子的主要微波谐振来实现。
这一信号处于无线电的微波频谱范围内，并恰巧与广播卫星的发射频率相似，因此工程师们对制造这一频谱的仪器十分在行。
秒的定义随着精确测量时间的工具不断改进推出，人们自然会怀疑时间单位本身的精确性。
时间量测单位在数学方面定义的很清楚，一秒是1/60分钟，一分钟是1/60小时，亦即一小时是1/24天，一秒等于一天的1/86400。
但事实上，因为地球在运行之速度及距离太阳的改变，一个太阳日—由正午至正午的一段时间，并非都一样长。
公元1960年以前，CIPM （世界度量衡标准会议）以地球自转为基础，定义以平均太阳日之86400分之一作为秒定义。
即1秒＝1/86400平均太阳日。
然而地球自转并不稳定，会因其它星体引力的牵引而改变。
公元1960～1967年CIPM改以地球公转为基础，定义公元1900年为平均太阳年。
秒定义更改为：一秒为平均太阳年之31556925.9747分之一。
公元1967年举行的第十三届国际计量大会 (General Conference on Weights and Measures) 选择以铯原子的跃迁做为秒的新定义，即铯原子同位素Cs133基态超精细能阶跃迁9,192,631,770个周期所经历的时间，定为1秒（称作「原子秒」），秒的新定义使计时方式进入了原子的时代，此定义一直维持至今。
原子钟的基本原理
原子钟的基本原理原子钟是使用放射性原子或原子相对论效应测量时间的精确仪器。
它的基本原理可以简单地解释为：将某种原子或分子系统置于特定的外部条件下，使其自发地跃迁或振荡，然后利用这种振荡的特性来测量时间的流逝。
在原子钟中，最常用的原子是铯（Cs-133）和氢（H-133）。
这些原子自发地产生稳定的振荡运动，并且其频率几乎不受外界条件的影响。
基于这种性质，原子钟可以准确地测量时间。
具体来说，原子钟的基本原理可以分为以下几个步骤：1. 原子选择和准备：在实验室中，选择适合用于原子钟的原子或分子系统。
目前，Cs-133和H-133是最常用的选择，因为它们具有高度稳定的振荡性质。
2. 原子激发：将原子置于特定的外部条件下，例如，施加精确的磁场或电场。
这些条件可以激发原子内部的电子跃迁，使其处于高能级状态。
3. 原子振荡：经过激发后，原子将从高能级跃迁到低能级，释放出能量。
这个能量以电磁波的形式辐射出来，通常是微波或射频波。
原子内部的高能级和低能级之间的能量差决定了辐射的频率。
4. 辐射测量：使用特定的探测器来测量原子释放的辐射。
这些探测器通常是微波或射频接收器，并且在辐射与接收器相互干涉时产生电信号。
5. 频率计算和时间测量：通过测量辐射信号的频率，可以计算出原子的振荡频率。
这个频率与时间的流逝是相关的，并且可以用来测量时间的精确度。
原子钟的精确度和稳定性得益于原子或分子内部的量子性质和相对论效应。
根据量子力学理论，原子能级之间的跃迁是精确而稳定的，不受温度、压力和其他外界条件的影响。
而相对论效应也能够提供额外的精确度，因为时间对于处在不同引力场中的物体来说，会略有不同。
原子钟的应用十分广泛。
它们被广泛用于GPS系统、通信网络、天文观测、科学研究和航天航空等领域。
原子钟可以提供非常精确和可靠的时间标准，帮助我们在现代社会中进行时间同步和事件顺序的精确测量。
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原子钟的几种常见类型摘要本文按出现的时间顺序介绍几种常用原子钟(光谱灯抽运铷原子钟、光谱灯抽运铯原子钟、磁选态铯原子束钟、激光抽运铯原子束钟、激光冷却冷原子喷泉钟、积分球冷却原子钟)的基本原理。
原子钟是利用原子或分子的能级跃迁的辐射频率来锁定外接振荡器频率的频率测量标准装置的俗称，通称为量子频率标准或原子频标。
其工作原理可用图1来描述：图1一个受控的标准频率发生器产生的信号经过倍频和频率合成转换成为频率接近于原子跃迁频率的信号，激励原子产生吸收或受激发射的频率响应信号，呈共振曲线形状，称为原子谱线，其中心频率即原子跃迁频率为，线宽为Δν。
若经过转换的受控振荡器频率与原子跃迁频率不符，原子做出的响应信号通过伺服反馈系统来矫正振荡频率，直到使其与原子频率符合为止。
这样就使受控振荡器频率始终稳定在原子跃迁频率上，从而实现使其振荡频率锁定于原子跃迁频率的目的。
光谱灯抽运铷原子钟光抽运汽室频标用碱金属原子基态两个超精细结构能级之间跃迁的辐射频率作为标准频率，它处在微波波段。
在磁场中，这两个能级都有塞曼分裂，作为标准频率的跃迁是其中两个磁子能级=0之间的跃迁，它受磁场影响最小。
若用合适频率单色光照射原子系统，使基态一个超精细能级上的原子被共振激发，而自发辐射回到基态时可能落到所有能级，原子就会集中到一个基态能级，极大地偏离玻尔兹曼分布，这就是光抽运效应。
这里选择抽运光起着关键作用。
在20世纪60年代初，激光器刚发明尚无法利用，唯一可用的共振光源是光谱灯。
一般光谱灯是由同类原子发光，它的光谱成分能使基态两个超精细能级上的原子都被激发，因而不能有效地实现选择吸收，起到光抽运作用。
幸好对铷原子，可以有一个巧妙的办法。
铷原子有两种稳定同位素：和，其丰度分别为72. 2%和27. 8%。
它们各有能级间距为3036MHz和6835MHz的两个超精细能级，其共振光的频率分布如图2所示。
这里A，B线为所产生，a，b线属于原子。
从它们的位置可见，A，a两线有较多的重合，而B，b线则重合较少。
因此，若原子发出的光透过一个充以原子的滤光泡，a线就会被较多地吸收，而剩下较强的b线。
原子在这种光作用下，就会有较多的下能级原子被激发，从而使更多原子聚集在超精细结构的上能级上，这就实现了光抽运效应。
图2光谱灯抽运铯原子钟20世纪60年代初期铯原子没有简单的抽运光源可用，只能利用无极放电光谱灯。
这种灯能发出强度大致相等的两条超精细结构谱线，分别可对铯原子基态F=3和F=4两个超精细能级发生作用，引起原子激发。
由于F=4态有9个塞曼子能级，F=3态只有7个，而原子吸收光的概率与能级数成正比，所以，铯共振光通过铯汽室后，两个超精细结构成分被吸收的程度不同，从而造成两种成分的光强差，这就会使基态F=4能级上的原子数比F=3能级上多，引起两个能级上原子数差，实现了光抽运。
不过因为两种成分光强相差不大，抽运效率显然不高。
铯原子光抽运汽室频率标准物理部分的原理装置如图3所示。
图3光谱灯发出的共振光经透镜聚焦后，通过置于谐振腔内的汽室被吸收，并在光电检测器上得到一定电平的光电信号。
这相当于光抽运下原子在两个基态超精细能级上建立稳态分布时的信号，当谐振腔内电磁场频率与超精细跃迁相符时，原子在两个超精细能级之间发生跃迁，打破了原有的原子在能级上的平衡分布，又会发生新的光吸收，产生跃迁的光检测信号，即原子钟信号。
磁选态铯原子束钟图4表示这种频标物理部分———铯束管的工作原理。
图4铯原子从铯炉经过由大量细长管子组成的准直器以很小发散角(约1°)的“原子束”形式“泻流”出来，穿过由强不均匀磁场形成的B分析磁铁区，由于处于基态两个超精细结构能级上的原子带有不同磁矩，在强不均匀磁场中因偏转方向不同而分成两束，如图4所示。
其中一束被引入带有C场和微波谐振腔的“中段”，在那里与微波辐射场进行两次相互作用而完成跃迁。
图5跃迁后原子束继续前行，经过第二个强不均匀磁场(B分析磁铁)，跃迁原子被偏向检测器，未经跃迁的则被偏离开。
检测器上跃迁信号与微波频率的关系呈Ramsey曲线，如图5(a)所示。
检测器用热离化丝把中性铯原子离化为离子而加以收集。
通过测定铯原子数定频。
激光抽运铯原子束钟高梯度不均匀强磁场选态只利用基态F=4或3，=0能级上的原子，只是16个能级之一；而且磁偏转与原子速率有关，可利用的原子又只占很小的一个“速度窗口”，真正被接收到的跃迁原子约只占原子束中总原子数的万分之一。
激光抽运原则上可使所有基态原子集中到所需能级，从而极大地提高原子信号的信噪比。
激光抽运原子束频标用光检测办法来探测跃迁原子信号，但不像在光抽运汽室频标那样通过光吸收变化来检测，而是直接探测跃迁原子发出的荧光。
图6显示这种频标物理部分的结构。
图6由图可见，原子在激光作用下集中到超精细结构上能级，它们穿过谐振腔后若无跃迁，则在检测区不可能受同一束光作用而发出荧光；而若发生了跃迁，原子就过渡到超精细结构下能级，并能再次吸收光而产生荧光，因此检测区的荧光是原子发生跃迁的表征。
在工艺上，激光抽运铯束管不但避免了在真空密封上难以处理的强场磁铁问题和设计制造技术上精密的束光学问题，而且荧光检测还消除了用热离化丝检测引起的诸多问题，包括离子噪声问题，十分娇嫩且影响寿命的电子倍增器及强磁场质谱计问题等。
但是激光抽运铯束管也带来了消除光频移和激光器长期稳定工作的难题。
激光冷却冷原子喷泉钟在用Ramsey分离场技术获得跃迁信号的原子钟中，线宽Δν决定于原子飞过谐振腔中“漂移区”(两个微波相互作用区之间的长度L)的时间T，有Δν≈1/2T。
而T与原子速度v有关，T=L/v，速度越大，T越小。
所以原子速度愈低，越有利于取得高的频率稳定度。
因此，激光冷却原子的方法应运而生。
对原子钟工作来说，激光冷却原子技术的应用主要有：激光减速原子束、冷原子团的激光操控和激光阱中的原子陷俘。
它们都依赖于激光对中性原子产生的散射力和偶极力。
散射力利用多普勒频移使原子吸收频率低于共振频率的光而激发，而自发辐射则平均放出共振频率的光，其能量亏损靠原子损失动能来补偿，从而实现了减速。
偶极力则依靠原子基态能级能量与光强成正比的光频移，原子受到一束强度不均匀的光束作用时，处在不同位置的原子因为受到的光强不同而使其基态能量有所不同，这是一种随位置而变化的能量，所以是“势能”，这使原子趋向于能量最低处，从而能陷俘原子。
[1]冷原子喷泉钟的基本想法如图7所示，搭建一个竖立的真空装置，真空中充有工作介质(铷或铯)的饱和蒸汽，利用激光俘获原子并将其冷却，将原子上抛。
原子在上抛和下落的过程中只受到重力作用，它两次穿过微波腔，与时间上的分离振荡场作用，产生钟跃迁，然后探测不同能级的原子。
最后获得与Ramsey钟跃迁相应的荧光信号。
这样极大减小了传统结构中两个振荡场不同所造成的相位频飘而且两次与微波振荡场作用时的速度等值反向，消除了一阶多普勒频移。
[2] 图7积分球冷却原子钟积分球冷却原子钟的基本思想是把原子钟的所有相互作用(原子冷却、原子制备、微波探测和检测)都在同一地方发生，应用时序将各个阶段的作用分开。
从而该钟可以减小到几升的体积。
积分球冷却原子钟的物理部分是由激光焊接的钛材做成，真空室由2L/s的离子泵维持在9*mPa。
外面罩两层磁屏蔽。
为了满足冷却过程的需要，球形紫铜腔须光学抛光到λ/14的精度以便储存激光和产生各向同性的光场以供捕获和冷却原子用。
同时，这个微波腔调谐在9。
192GHz模式，用于激励“钟”跃迁。
微波腔内有一Cs原子储存泡，保持真空度在乇。
含泡腔的Q=3000。
原子的冷却、制备、探测和检测等每个相互作用过程在同一微波腔中分时序进行。
首先将频率比Cs循环跃迁Fg=4一Fe=5’调低几MHz的冷却激光和调到Fg=3一Fe=4’的重抽运光，通过6条多模保偏光纤注入腔中，在高反射率的球形谐振腔中，利用漫反射的红移激光和重抽运光的双重作用把Cs原子冷却并囚禁在微波腔中心。
此时所有原子被制备处于态Fg=4的所有态上。
然后实施从基态Fg=4到激发态Fe=4’的光抽运，最终将原子抽运到基态Fg=3态。
第三步，应用Ramsey微波探测，|Fg=3，=0>Zeeman能级上的原子转移到|Fg=4，=0>能级上。
然后让调谐在Fe=4一Fg=5’的垂直线性吸收光束通过原子样品，以循环跃迁检测这个能级上的原子数(N4)，然后应用4一5’的蓝移激光清除能级Fg=4上的原子。
而后利用跃迁微波脉冲将留在能|Fg=3，=0>上的原子转移到Fg=4能级(一方面因为原子在腔中，另一方面我们不能用光抽运，因为微波探测后还有许多原子留在Fg=3，≠0的能态上)。
最后利用同样的垂直线性吸收束检测这个能级上的原子数(N3)。
于是，应用已知的N4和N3，我们就可得出跃迁几率:P=利用跃迁几率的峰值信号就可鉴别微波激励信号的准确与否，从而将微波源频率锁定在原子跃迁峰值上。
[3]在绕地球轨道、行星轨道或飞越行星运行的各类航天器上放置原子钟，对空间科学的发展产生着重要的作用。
空间原子钟的研制成功，使导航定位系统产生了革命化的发展；航天器装载高稳定度的原子钟，使空间科学试验，诸如基础物理测试以及深空探测等成为可能。
[4]随着21世纪这个太空世纪的到来，原子钟的重要性愈发凸显。
在提高原子钟的稳定性和原子钟小型化的道路上，科研人员还有很长的路要走，但无疑前景是广阔的。
参考文献[1] 原子钟与相关物理学的研究……王义遒[2] 新型原子钟及其在我国的发展……翟造成，杨佩红[3] 第三代卫星导航定位系统星载原子钟的新发展……翟造成，杨佩红[4] 应用原子钟的空间系统与空间原子钟的新发展……翟造成。