2021年原子钟的几种常见类型
铯原子钟调查报告
铯原子钟调查报告1.铯原子钟简介一种精密的计时器具。
日常生活中使用的时间精准到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”。
它利用铯原子内部的电子在两个能级间跳跃时辐射出来的电磁波作为标准，去控制校准电子振荡器，进而控制钟的走动。
这种钟的稳定程度很高，中国最新研制的铯原子喷泉钟NIM5，精度达到了连续走时1500万年，累积误差小于1秒【1】。
现在国际上，普遍采用铯原子钟的跃迁频率作为时间频率的标准，广泛使用在天文、大地测量和国防建设等各个领域中。
2.铯原子钟历史二十世纪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原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。
二战后，美国国家标准局和英国国家物理实验室都宣布，要以原子共振研究为基础来确定原子时间的标准。
世界上第一个原子钟是由美国国家物理实验室的埃森和帕里合作建造完成的，当时这个钟需要一个房间的设备，另一名科学家扎卡来亚斯使得原子钟成为一个更为实用的仪器。
1954年，他与麻省的摩尔登公司一起建造了以他的便携式仪器为基础的商用原子钟。
两年后该公司生产出了第一个原子钟，并在四年内售出50个，如今用于GPS的铯原子钟都是这种原子钟的后代。
1967年，第十三届国际度量衡会议采用铯-133原子钟所发出特定波长的频率，作为秒的基准依据。
当此原子钟某特定波长所发出的光振动9,192,631,770 次所经过的时间，定义为一秒。
1995年在法国研制成功的冷原子钟（铯原子喷泉），利用了“激光冷却和囚禁原子原理和技术”，使原子钟的水平又提高了一个数量级。
目前，世界上只有法国、美国、中国、德国等少数几个国家研制成功。
今天，名为NIST F-1的原子钟是世界上最精确的铯原子钟，但它并不能直接显示钟点，它的任务是提供“秒”这个时间单位的准确计量。
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。
GPS题库(2021年整理精品文档)
GPS题库编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（GPS题库）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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一、填空(每空1分，共20分）1。
自1974年以来，GPS计划已经历了方案论证、系统论证、生产实验三个阶段。
总投资超过200亿美元。
2。
按照《规范》规定，我国GPS测量按其精度依次划分为AA、A、B、C、D、E 六级,其中C级网的相邻点之间的平均距离为15～10km，最大距离为 40 km。
3.协调世界时是综合了世界时与原子时的另一种记时方法，即秒长采用原子时的秒长，时刻采用世界时时的时刻。
4.卫星钟采用的是 GPS 时，它是由主控站按照美国海军天文台（USNO）的协调世界时（UTC)进行调整的。
在 1980 年1月6日零时对准，不随闰秒增加。
56.当GPS信号通过电离层时，信号的路径会发生弯曲, 传播速度会发生变化.这种距离改正在天顶方向最大可达 50 m，在接近地平线方向可达150m.6。
在GPS定位测量中,观测值都是以接收机的相位中心位置为准的，所以天线的相位中心应该与其几何中心保持一致。
7.当使用两台或两台以上的接收机，同时对同一组卫星所进行的观测称为同步观测.8.按照GPS系统的设计方案，GPS定位系统应包括空间卫星部分、地面监测部分和用户接收部分。
9。
在接收机和卫星间求二次差，可消去两测站接收机的相对钟差改正。
在实践中应用甚广。
10。
GPS网的图形设计主要取决于用户的要求、经费、时间、人力以及所投入接收机的类型、数量和后勤保障条件等。
11.根据不同的用途，GPS网的图形布设通常有点连式、边连式、网连式及边点混合连接四种基本方式.选择什么方式组网,取决于工程所要求的精度、野外条件及GPS接收机台数等因素。
原子钟的原理和应用
原子钟的原理和应用1. 原子钟的基本原理原子钟是一种高精度的时间测量设备，其基本原理是利用原子的固有性质来稳定地产生和维持时间标准。
原子钟通常使用原子的振荡频率或频率差来计量时间。
目前最常用的原子钟技术是利用铯原子或氢-氧化铷原子来测量时间。
1.1 铯原子钟铯原子钟使用铯原子的振荡频率来测量时间。
铯原子钟通常包含以下几个关键组件： - 蒸汽铯源：用于产生铯原子蒸汽。
- 腔体：用于对铯原子进行振荡和检测。
- 激光：用于激发铯原子的振荡。
- 振荡电路：用于测量和稳定铯原子的振荡频率。
1.2 氢-氧化铷原子钟氢-氧化铷原子钟是一种更高精度的原子钟技术。
它利用氢原子与氧化铷离子的共振频率来测量时间。
氢-氧化铷原子钟的关键组件包括： - 氢原子源：用于产生氢原子。
- 氧化铷离子源：用于产生氧化铷离子。
- 共振腔体：用于激发和检测氢原子与氧化铷离子的共振频率。
- 控制电路：用于测量和稳定共振频率。
2. 原子钟的应用原子钟在现代科学、技术和通信领域有着广泛的应用。
下面列举了一些常见的应用领域：2.1 卫星导航系统原子钟被广泛用于卫星导航系统，如GPS（全球定位系统）和GLONASS（全球导航卫星系统）。
卫星导航系统需要高精度的时间标准来测量和同步卫星位置和信号传输的时间。
原子钟的高精度使得卫星导航系统能够提供准确的位置和导航信息。
2.2 科学研究原子钟在科学研究中被广泛应用，特别是在物理学、天文学和量子力学研究中。
原子钟的高精度和稳定性使得科学家能够更准确地测量时间和频率，从而推动科学研究的进展。
2.3 通信和网络原子钟在通信和网络领域起着重要作用。
高精度的时间同步对于网络通信的稳定性和数据传输的准确性至关重要。
原子钟被用于网络时间协议（NTP）服务器、电信设备以及金融交易系统等关键应用中以确保时间同步的准确性。
2.4 测量和导航原子钟在测量和导航领域有着广泛应用。
例如，在地球物理勘探中，原子钟被用于测量地球引力场的变化；在航空和航天导航中，原子钟被用于测量飞行器的速度和位置；在地理测绘中，原子钟被用于测量地球的形状和地理坐标。
易错11元素和元素周期表-九年级化学上册易混易错微考点(人教版)(原卷版)
易错11 元素和元素周期表【易错分析一】、元素的概念和元素性质常见错误分析【错题纠正】1．(2022河南郑州期中)二硫化钼(MoS2)被认为是最有希望代替硅，成为未来应用在半导体、芯片等高精尖领域中的理想材料。
确定Mo为42号元素是依据( )A.电子数B.中子数C.质子数D.相对原子质量2. （2022四川省成都市中考）人体中有50多种元素，含量如图。
下列说法正确的是（）A．人体中氢元素含量约为10%B．含量最高的金属元素是钠C．人体中微量元素共有10种D．缺铁会引起骨质疏松3. （2022四川省泸州市中考）人体中各元素的含量如下图所示（源于人教版教材），个体会存在微小差异。
请回答相关问题。
(1)图中甲含量最高，其元素符号为_________；含量超过0.01%的元素称为常量元素，11种常量元素中非金属元素共有_________种；因缺微量元素_________可引起甲状腺肿大。
(2)下列有关化学元素与人体健康的说法正确的是。
A．微量元素是因为对健康的作用微小而命名的B．人体摄入有机营养物质和水来获取含量前四位的元素C．铜元素为重金属元素，对人体健康毫无益处D．人体中常量元素的总质量约占人体总质量的99.95%【知识清单】知识点一、元素1. 元素的概念（1）概念：元素是质子数（即核电荷数）相同的一类原子的总休。
（2）解释：①元素是以质子数（即核电荷数）为标准对原子进行分类的。
②“一类原子”是指核电荷数相同而中子数不一定相同的一类原子。
同种元素既包括质子数相同、中子数不同的原子，也包括质子数相同而电子数不同的原子和离子。
③元素的化学性质由最外层电子数决定，同种元素的离子因为所带电荷数不同，其化学性质也不同（如Fe2+、Fe3+）。
2. 元素的分类（1）一般我们将元素分为金属元素和非金属元素，当然分类标准不同，所分类别也不同。
（2）元素种类的判断：①金属元素：金属元素名称的偏旁一般是“钅”字旁，除汞元素外。
原子钟的几种常见类型
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。
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
原子钟概述
第2章原子钟概述2.1原子钟的定义原子钟，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。
2.2原子钟的发展历程在原子钟出现以前，最准确的计时工具是以晶体振荡器为代表的电子钟表和挂钟为代表的机械力学钟表，它们几乎可以满足人们的如常生活需要，但是在对计时准确度要求较高的科研或生产领域还是不能满足要求。
原子钟的发展，最早可以追溯到1938年，美国哥伦比亚大学的拉比（Rabi）和他的学生发明了分子束磁共振技术。
他们用磁共振技术观察到了原子超精细能级间的跃迁，指出当一束原子通过一个振动的电磁场时，电磁场的振动频率越接近超精细能级间的跃迁频率，原子从电磁场吸收的能量就会越多，从而使更多原子跃迁。
他们由此提出应用反馈回路可以调节电磁场的振动频率，直到所有原子都可以跃迁。
这就是实现原子钟的基本理论基础。
通过使电磁场振动频率与原子精细能级跃迁频率共振，用电磁场的共振频率调节晶体振荡器的频率，就能使晶振频率严格跟随电磁场振动频率，实现频率输出的准确性和稳定性。
再通过相应的控制、调节系统，就能使晶振输出准确、稳恒的振动频率，用这个频率为基准，就可以实现精确时。
1949年，在美国诞生了以氨分子为样品的世界上第一台原子钟，其输出频率为23.8GHz。
与当时最精确的石英钟相比，它已经相当精确了。
但是它由众多器件构成，体型巨大，对于大应用领域来说，实用性不强。
1955年，在英国国家物理实验室建成了第一台铯原子钟。
1960年，拉姆齐(N．Ramsey)等人成功研制出第一台氢原子钟，通常人们把它叫做氢微波激射器（H maser）。
21年各地市中考化学真题汇编——元素单元格(word版,含答案与解析)
元素单元格1．（2021•衡阳）中国科学院院士张青莲教授为相对原子质量的测定作出了卓越贡献，他主持测定了铟、铱、锑、铕、铈、铒等几种元素的相对原子质量新值。
如图是铒元素在元素周期表中的相关信息。
下列说法正确的是（）A．一个铒原子中有68个中子B．铒的元素符号为ErC．铒是一种非金属元素D．铒元素的相对原子质量为167.3g2. （2021·株洲）在元素周期表中，“钡”的信息如图所示，图中不能直接体现的信息是A. 中子数B. 元素符号C. 原子序数D. 相对原子质量3. （2021·潍坊）2021年4月19日《中国科学报》报道：中科院近代物理研究所首次合成新型铀-214，铀-238与铀-214相关信息如图所示。
下列说法错误的是（）A. 铀-214的中子数为146B. 铀-238原子的核外电子数为92C. 铀-238与铀-214属于同种元素D. 铀-238原子的质量大于铀-2144. （2021·天津）我国北斗三号全球卫星导航系统应用了高精准度的铷原子钟，右图为铷在元素周期表中的部分信息，下列有关铷的说法正确的是（）A. 属于非金属元素B. 元素符号是RbC. 相对原子质量为85.47gD. 铷原子的最外层电子数为375.（2021·新疆）右图是元素周期表中氢、氧两元素的相关信息。
下列说法错误的是A.氢原子的核内质子数为1B.氧的原子序数为8C.氢的相对原子质量为1.008D.氢元素与氧元素只能形成一种化合物6.（2021·云南）“中东有石油，中国有稀土”。
某种稀土元素在元素周期表中的相关信息如图所示，下列说法错误的是()A. 铒属于金属元素B. 铒的元素符号是ErC. 铒的原子序数为68D. 铒原子的质量为167.3g7.（2021·重庆B）钛合金具有形状记忆效应，如图为钛元素在周期表中的信息。
下列说法错误的是（）A.钛元素属于金属元素B.钛原子核内有22个质子C.钛的元素符号是TiD.钛元素的原子质量是47.878.（2021·海南）我国北斗卫星导航系统应用了铷原子钟。
SA.45s芯片级原子钟
SA.45s芯片级原子钟
产品概述
Symmetricom芯片级原子钟，SA.45s功耗低至 <115 mW，其体积只有<16 cc，提供超低功耗工作模式的设置。
此模式下，其物理封装通常是关闭状态，器件工作于类似TCXO自由振荡的状态，当物理封装定期启动后，重新驯服TCXO（不超过120s），这种模式下的平均功耗不超过50 mW。
第一次让便携仪表也可拥有原子钟水平的准确性及稳定性。
西安同步电子科技有限公司有售
产品功能Array
1)提供一路标准的10MHz正弦信号；
2)同步的1 PPS输入/输出；
3)RS-232管理控制接口。
产品特点
a)超低功耗节电模式，<100 mW；
b)全密闭封装；
c)超小体积，高可靠性。
典型应用
1)水下传感器网络；
2)GPS接收机；
3)背负式电台；
4)反简易爆炸装置(Anti-IED)干扰系统；
5)独立传感器网络无人驾驶飞机等。
技术指标
安装尺寸：。
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。
铯原子钟原理
铯原子钟原理
铯原子钟是一种高精度的时间测量仪器，它基于铯原子的稳定振荡特性进行时间计量。
铯原子钟的原理可以分为以下几个步骤：
首先，将铯原子加热至一定温度，使其成为高能态的激发态。
然后，通过激光束对铯原子进行光谱激发，使铯原子的外电子从基态跃迁到高激发态。
这个跃迁的频率非常准确，通常为
9,192,631,770赫兹。
接下来，将铯原子束分成两个分支，一个经过一个微波谐振器，一个作为参照。
微波谐振器的频率由铯原子的基态与高激发态之间的超精细能级结构决定。
当微波的频率达到特定的值时，会导致基态与高激发态之间的跃迁。
通过调整微波的频率，使得谐振器中的微波与铯原子的基态与高激发态的跃迁频率一致。
最后，通过对比参照分支和经过微波谐振器的分支中的铯原子的状态，可以获得微波谐振器的频率相对于铯原子跃迁频率的偏差。
根据这个偏差，可以计算出时间的变化。
通过不断测量微波谐振器的频率相对于铯原子跃迁频率的偏差，并将其与国际单位制中定义的秒的长度进行比较和校准，铯原子钟可以实现高精度的时间测量。
这种原理使得铯原子钟成为现代科学、技术和导航中不可或缺的关键技术之一。
原子光学钟精准时间测量的新标准
原子光学钟精准时间测量的新标准随着科技的不断发展和进步，我们对于时间的需求也变得越来越精准。
在过去的几十年里，原子钟一直是人类测量时间的标准，但是近年来，原子光学钟的出现给时间测量带来了一次革命。
原子光学钟通过利用光学共振频率实现更高精度的时间测量，成为了新的测量标准。
一、原子光学钟的原理原子光学钟是利用精确的激光来操纵和探测原子的内部能级跃迁。
其基本原理是通过对比一个特定的原子的共振频率与光学频率的稳定性来测量时间。
具体而言，原子光学钟的核心部件是一种高度稳定的激光源，它能够产生极短脉冲的激光。
这些激光通过精确的频率控制与腔体中的原子进行相互作用，从而测量出原子跃迁的频率。
通过与传统原子钟进行对比，原子光学钟能够提供更高的测量精度，达到了几乎每1秒误差不到1秒的级别。
二、原子光学钟的优势1. 更高的精度：相比于传统的微波原子钟，原子光学钟的精确度高出数个数量级。
这使得我们能够更准确地进行科学研究和工程实践，例如卫星导航和通信等领域。
2. 稳定性更好：原子光学钟的稳定性远远超过传统原子钟。
它能够稳定地工作数百万年而不发生明显的偏差，这对于天文学和地质学等研究具有重要意义。
3. 更高的频率：原子光学钟的工作频率远高于传统原子钟，这使得它能够提供更多的信息并进行更多的实验。
三、原子光学钟的应用原子光学钟的应用范围非常广泛，下面主要介绍其中的几个方面：1. 时间标准：原子光学钟成为了新的时间测量标准。
它们被广泛应用于国际时间标准、卫星导航系统和金融交易等领域，为我们提供了稳定而准确的时间标尺。
2. 精确测量：原子光学钟的高精度使得我们能够进行更准确的物理常数测量。
例如，引力常数和电磁学常数等。
这些测量结果对于基础科学研究和新技术的开发具有重要影响。
3. 导航应用：原子光学钟可以用于改进卫星导航系统的精度，提供更高精度和更可靠的导航服务。
这对于航空航天、航海和极地探险等应用具有重要意义。
结论原子光学钟作为精准时间测量的新标准，具有更高的精度、更好的稳定性和更广泛的应用前景。
原子钟计时的原理
原子钟是一种高度精密的时钟，其计时原理基于原子物理学的性质。
目前最常用的原子钟是基于气体放电、铷或铯原子的原子钟。
以下是原子钟计时的基本原理：
1. 基于原子的振荡：原子钟的核心是一个原子振荡器，通常使用铷或铯原子。
这些原子在特定的条件下会发生稳定的原子振荡，即它们会在特定频率下来回振动。
2. 跃迁频率：在原子钟中，原子通过激发和退激发的过程进行振荡。
原子从基态跃迁到激发态，然后又返回到基态。
这个跃迁过程对应着特定的频率，称为“跃迁频率”。
3. 微波辐射：为了激发原子的跃迁，原子钟会通过微波辐射来与原子进行相互作用。
微波辐射的频率恰好与原子的跃迁频率匹配。
4. 频率比对：原子钟的原子振荡器会不断与外部提供的参考频率进行比对。
通常，原子钟会与一个更为稳定的参考时钟（如铯原子钟）进行比对，以确保准确性。
5. 负反馈：原子钟通过负反馈控制来调整微波辐射的频率，使其与原子的跃迁频率保持一致。
负反馈系统可以保持原子振荡器的频率稳定。
6. 计时输出：原子钟的输出是一个非常稳定的微波信号，该信号可以被转换成标准时间单位（如秒），用于准确计时。
由于原子钟利用原子的稳定振荡特性，其计时准确度非常高。
现代原子钟可以达到非常精确的计时，误差仅为几纳秒（10的负9次方秒）或更小，因此在科学研究、全球定位系统（GPS）、通信和导航等领域都有广泛的应用。
原子钟频率标准
安
排
1. 钟的工作原理 2. 仪器常用指标及实现
3. 相关产品介绍
4. 其它竞争产品比较 5. 总结
主要时间频率标准产品
• 氢钟： – Kvarz CH1-90A CH1-75A Ch1-76A – VCH 1003M 1006 – Symmetricom MHM 2010 – T4 Science iMaser 3000 – OSA 3700 PHM – 上海天文台 SOHM-4
带铷钟的6689 高稳恒温晶振的6688
高稳定度频率标准6688和6689
特点 振荡器类型
标准的频率输出
6688 高稳恒温晶振 OCXO
5x 10 MHz 1x 5MHz
6689 铷钟
5x 10 MHz 1x 5MHz
可选择的频率输 10x 10 MHz
出
1x 5MHz
10x 10 MHz 1x 5MHz
行滤除后照射进入谐振泡。
利用光抽运技术使得谐振泡
中的铷87发生能级跃迁。调
整微波腔的频率，当光电转 换电路的输出电流达到最大
超精细滤光 谐振泡 灯泡
的时候可得到铷的共振频率。
信号 光电检测
GPS的工作原理
GPS系统操作原理为:每 一颗卫星不断发射包含其位 置和精确到十亿分之一秒的 时间的数字无线电信号。 GPS的接收装置接收到来自 于四颗卫星的信号，然后计 算出在地球上的位置。接收 装置将接收时间与卫星发射 的时间进行比较，通过二者 之差计算出远离卫星的距离。 通过比较这个时间与其他三 个已知位置的卫星的时间， 接收装置便能够确定经纬度 及海拔高度。
• 发送系统 – 卫星无线电系统 • GPS, GLONASS, 伽利略 – 地面无线电系统 • Loran-C, DCF-77 – 光纤同步系统 • E1, T1 (SSU)
铷原子钟知识
铷原子钟知识一、概述（一）用途铷气泡型原子频标是使用数量最多的原子频标，随着电路技术及工艺水平的发展，其造价越来越低、体积越来越小，有望在许多场合下代替高温精度的晶体振荡器，以获得更高的精度，主要为导航定位卫星时间系统提供频率基准，广泛应用于守时、授时、导航定位、电力、铁路、测速、测距、时间同步和通信等军用和商用领域，还可以在晶振生产中用作频率基准。
（二）特点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。
铷原子频率标准常常被分为普通型、军用型、航天型。
（三）产品国内外现状目前在我国研制生产铷原子钟的单位有：石家庄数英仪器、北京大华无线电仪器厂、四川星华时频技术公司等单位。
目前美国研制的GPS 上Block IIA、IIR/IIRM 铷钟处于世界领先水平，美国Perking Elmer公司已经研制出天稳指标达到10-15世界最高水平铷钟。
（四）技术发展趋势●更低的相噪特性和功耗是铷原子频率标准追求的技术目标；●秒极频率稳定度高、天频率漂移小是铷钟的追求目标；●发展与恒温晶体振荡器大小接近的小体积铷原子频率标准。
二、基本工作原理图 2 铷钟电路系统原理框铷原子钟主要由单片机电路、伺服电路、微波倍频电路、频率调制、倍频综合电路几个模块组成，系统原理框如图2所示。
铷频标是一种被动型原子频率，利用的是基态超精细能级之间的跃迁，相应的跃迁频率为6834.682614MHz。
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。
[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。
《科学记数法,近似数( 含解析)》2022年中考数学分类专练
科学记数法, 近似数一、选择题1.(2021·宁波)2021年宁波舟山港货物吞吐量为1120000000吨, 比上年增长3.3%, 连续11年蝉联世界首位.数1120000000用科学记数法表示为A ．1.12×108B ．1.12×109C ．1.12×1010D ．0.112×1010{答案}B{解析}此题考查了用科学记数法表示绝对值较大的数, 即将一个绝对值较大的数写成a×10n 的形式, 其中1≤|a|＜10, n 为整数．其中a 是只有一位整数的数；当原数的绝对值≥10时, n 为正整数, n 等于原数的整数位数减1；当原数的绝对值＜1时, n 为负整数, n 的绝对值等于原数中左起第一个非零数字前零的个数(含整数位数上的零)．1120000000＝l.12×109, 因此此题选B ．2．〔2021·衡阳〕2021年12月12日, 国务院新闻办公室发布, 南水北调工程全面通水5周年来, 直接受益人口超过亿人, 其中亿用科学记数法表示为 〔 〕A.1.2×108B.1.2×107C.1.2×109D.1.2×10-8{答案}A{解析}此题考查了科学记数法, 科学记数法的表示形式为a×10n 的形式, 其中1≤|a|＜10, n 为整数．当原数的绝对值大于等于1时, n 等于原数的整数位数减去1；当原数的绝对值小于1时, n 等于原数的第一个非零数前的零的个数的相反数．亿＝1.2×108, 应选A ．3．〔2021·温州〕原子钟是以原子的规那么振动为根底的各种守时装置的统称, 其中氢脉泽钟的精度到达了1700000年误差不超过1秒．数据1700000用科学记数法表示A ．51710⨯B ．61.710⨯C ．70.1710⨯D ．71.710⨯{答案}B{解析}此题考查了科学记数法, 科学记数法的表示形式为a×10n 的形式, 其中1≤|a|＜10, n 为整数．确定n 的值时, 要看把原数变成a 时, 小数点移动了多少位, n 的绝对值与小数点移动的位数相同．当原数绝对值≥1时, n 是非负数；当原数的绝对值＜1时, n 是负数．1700000＝1.7×106, 因此此题选B ．4．〔2021·绍兴〕某自动控制器的芯片, 可植入2021000000粒晶体管, 这个数字2021000000用科学记数法可表示为〔 〕A ．×1010B ．×109C ．×108D ．×108{答案}B{解析}此题考查了用科学记数法表示绝对值较大的数．科学记数法的表示形式为a ×10n 的形式, 其中1≤|a|＜10, n 为整数．确定n 的值时, 要看把原数变成a 时, 小数点移动了多少位, n 的绝对值与小数点移动的位数相同．当原数绝对值≥1时, n 是非负数；当原数的绝对值＜1时, n 是负数, 因此×109．因此此题选B ．5．〔2021·嘉兴〕2021年3月9日, 中国第54颗北斗导航卫星成功发射, 其轨道高度约为36000000m ．数36000000用科学记数法表示为〔 〕A ．0.36×108B ．36×107C ．3.6×108D ．3.6×107{答案}D{解析}此题考查了科学记数法, 科学记数法的表示形式为a×10n 的形式, 其中1≤|a|＜10, n 为整数．确定n 的值时, 要看把原数变成a 时, 小数点移动了多少位, n 的绝对值与小数点移动的位数相同．当原数绝对值≥1时, n 是非负数；当原数的绝对值＜1时, n 是负数．36000000＝3.6×107, 因此此题选D ．6．〔2021湖州〕近几年来, 我国经济规模不断扩大, 综合国力显著增强．2021年我国国内生产总值约991000亿元, 那么数991000用科学记数法可表示为〔 〕A ．991×103B ．×104C ．×105D ．×106【分析】科学记数法的表示形式为a ×10n 的形式, 其中1≤|a|＜10, n 为整数．确定n 的值时, 要看把原数变成a 时, 小数点移动了多少位, n 的绝对值与小数点移动的位数相同．【解答】解：将991000用科学记数法表示为：×105．应选：C ．7．〔2021·铜仁〕我国高铁通车总里程居世界第一, 预计到2021年底, 高铁总里程大约39000千米, 39000用科学记数法表示为〔 〕A ．39×103B ．×104C ．×10﹣4D ．39×10﹣3{答案}B{解析}科学记数法表示一个数, 就是把这个数写成a ×10n 的形式, 其中1≤|a |＜10；当原数是一个较大的数时, n 的值为原数的整数位数减1, 当原数是一个较小的数时, n 的值为负数, 其绝对值为原数中从左边数起第一个非零数前0的个数. 因此此题选B ．8．〔2021·黔西南州〕某市为做好“稳就业、保民生〞工作, 将新建保障性住房360 000套, 缓解中低收入人群和新参加工作大学生的住房需求．把360 000用科学记数法表示应是〔 〕A ．×106B ．×105C ．×106D ．36×105{答案}B{解析}此题考查了科学记数法, 科学记数法的表示形式为a ×10n 的形式, 其中1≤|a|＜10, n 为整数．确定n 的值时, 要看把原数变成a 时, 小数点移动了多少位, n 的绝对值与小数点移动的位数相同．当原数绝对值≥1时, n 是非负数；当原数的绝对值＜1时, n 是负数．360 000＝×105, 因此此题选B ．9．〔2021·遵义〕在文化旅游大融合的背景下, 享受文化成为旅游业的新趋势．今年“五－ －假期, 我市为游客和市民提供了丰富多彩的文化享受, 各艺术表演馆、美术馆、公共图书馆、群众文化机构、非遗机构及文物机构累计接待游客18.25万人次, 将18.25万用科学记数法表示为〔 〕A ．1.825×105B ．1.825×106C ．1.825×107D ．1.825×108{答案}A{解析}此题考查用科学记数法表示绝对值较大的数. 用科学记数法表示就是把一个数写成a ×10n 的形式, 其中1≤|a|＜10, n 为整数．确定n 值时, 要看把原数变成a 时, 小数点移动了多少位, n 的绝对值与小数点移动的位数相同．当原数绝对值≥1时, n 是非负数；当原数的绝对值＜1时, n 是负数．万＝182 500＝×105, 应选A ．10．〔2021·安徽〕安徽省方案到2022年建成54 700 000亩高标准农田, 其中54 700 000用科学记数法表示为〔 〕A ．5.47×108B ．0.547×108C ．547×108D ．5.47×107{答案}D{解析}科学记数法的表示形式为a ×10n, 其中1≤|a|＜10.假设用科学记数法表示绝对值较大的数, 那么n 的值等于该数的整数位数减去1, 那么a ＝5.47, n ＝8－1＝7, 故54 700 000＝5.47×107.11．〔2021·重庆A 卷〕在今年举行的第127届“广交会〞上, 有近26000家厂家进行“云端销售〞, 其中数据26000用科学记数法表示为〔 〕A ．26×103B ．2.6×103C ．2.6×104D ．0.26×105{答案}C{解析}科学记数法的表示形式为a ×10n 的形式, 其中1≤|a|＜10, n 为整数．确定n 的值时, 要看把原数变成a 时, 小数点移动了多少位, n 的绝对值与小数点移动的位数相同．当原数绝对值≥1时, n 是非负数；当原数的绝对值＜1时, n 是负数．∴26000=2.6×10000=2.6×104．12．〔2021·江苏徐州〕原子很小, 1个氧原子的直径大约为0.000 000 000 148m , 将0.000 000 000 148用科学记数法表示为 .{答案}101.4810-⨯{解析}把0.000 000 000 148的小数点向右移动10位, 可得0.000 000 000 148=101.4810-⨯.13.〔2021·苏州〕某种芯片每个探针单元的面积为20.00000164cm , 0.00000164用科学记数法可表示为〔 〕A.51.6410-⨯B.61.6410-⨯C.716.410-⨯D.50.16410-⨯{答案}B{解析}此题考查了用科学记数法表示较小的数, 0.00 000 164=61.6410-⨯, 因此此题选B ．14．〔2021·陕西〕2021年, 我国国内生产总值约为990870亿元, 用科学计数法表示这个为〔 〕A ．9.9087×105B ．9.9087×104C ．99.087×104D ．99.087×103{答案}A{解析}科学记数法的表示形式为a×10n 的形式, 其中1≤|a|＜10, n 为整数．确定n 的值时, 要看把原数变成a 时, 小数点移动了多少位, n 的绝对值与小数点移动的位数相同．当原数绝对值≥1时, n 是非负数；当原数的绝对值＜1时, n 是负数．990 870＝9.9087×105, 因此此题选A ．15．(2021自贡) 5月22日晚, 中国自贡第26届国际恐龙灯会开启网络直播, 有着近千年历史的自贡灯会进入“云游〞时代, 70余万人通过“云观灯〞感受了“天下第一灯〞的璀璨．人数700000用科学记数法表示为〔 〕A ．70×104B ．0.7×107C ．7×105D ．7×106{答案} C ．{解析}此题考查了科学记数法, 科学记数法的表示形式为a×10n 的形式, 其中1≤|a|＜10, n 为整数．确定n 的值时, 要看把原数变成a 时, 小数点移动了多少位, n 的绝对值与小数点移动的位数相同．当原数绝对值≥1时, n 是非负数；当原数的绝对值＜1时, n 是负数．700000用科学记数法表示为7×105, 因此此题选C ．16.〔2021·江西〕.教育部近日发布了2021年全国教育经费执行情况统计快报, 经初步统计, 2021年全国教育经费总投入为50175亿元, 比上年增长8.74%, 将50175亿用科学记数法表示为〔 〕A ．115.017510⨯B ．125.017510⨯C ．130.5017510⨯D ．140.5017510⨯【解析】50175亿即为数字, 根据科学记数法应写为a ×10N , 〔1≤|a |＜10〕, N 为小数点移动的位置, 可得×1012.故应选B17〔2021·北京〕2．2021年6月23日, 北斗三号最后一颗全球组网卫星从西昌卫星发射中心发射升空, 6月30 成功定点于距离地球36 000公里的地球同步轨道．将36 000用科学记数法表示应为〔A 〕0.36×105 〔B 〕3.6×105 〔C 〕3.6×104 〔D 〕36×103{答案}C{解析}此题考查了将一个绝对值较大的数用科学计数法表示．即将一个数写成a ×10n 的形式, 其中1≤|a |＜10, n 为整数．其中a 是只有一位整数的数；当原数的绝对值≥10时, n 为正整数, n 等于原数的整数位数减1；当原数的绝对值＜1时, n 为负整数, n 的绝对值等于原数中左起第一个非零数字前零的个数(含整数位数上的零)．将36 000用科学记数法表示为：3.6×104．因此此题选C18．〔2021·泰安〕2021年6月23日, 中国北斗系统第五十五颗导航卫星暨北斗三号最后一颗全球组网卫星成功发射入轨, 可以为全球用户提供定位、导航和授时效劳．今年我国卫星导航与位置效劳产业产值预计将超过4 000亿元．把数据4 000亿元用科学记数法表示为〔 〕A ．4×1012元B ． 4×1010元C ． 4×1011元D ．40×109元{答案} C{解析}此题考查了用科学记数法表示绝对值较大的数．科学记数法的表示形式为a ×10n 的形式, 其中1≤|a |＜10, n 为整数．确定n 的值时, 要看把原数变成a 时, 小数点移动了多少位, n 的绝对值与小数点移动的位数相同．当原数绝对值≥1时, n 是非负数；当原数的绝对值＜1时, n 是负数, 因此4 000亿=4 000×108=4×1011．因此此题选C ．19. 〔2021·盐城〕2021年7月盐城黄海湿地中遗成功, 它的面积约为400000万平方米, 将数据400000用科学记数法表示应为:〔 〕A ．60.410⨯B ．9410⨯C ．44010⨯D ．5410⨯．D, 解析：此题考查科学记数法的表示方法．科学记数法的表示形式为a ×10n 的形式, 其中1≤|a |＜10, n 为整数, 表示时关键要正确确定a 的值以及n 的值.此题400000＝4×105, 因此此题选D ．20.〔2021·四川甘孜州〕月球与地球之间的平均距离约为万公里, 万用科学记数法表示为( )A ．38.4×104B ．3.84×105C ．0.384×106D ．3.84×106{答案}B{解析}此题考查了用科学记数法表示大数．用科学记数法表示数就是把一个数写成a ×10n 的形式, 其中1≤|a |＜10, n 为整数．当原数是一个较大的数时, n 的值为原数的整数位数减1；当原数是一个较小的数时, n 的值为负数, 其绝对值为原数中从左边数起第一个非零数前所有0的个数．万＝384000＝3.84×105, 应选B ．21．〔2021·绵阳〕近年来, 华为 越来越受到消费者的青睐, 截至2021年12月底, 华为5G 全球总发货量突破690万台．将690万用科学记数法表示为〔 〕A ．0.69×107B ．69×105C ．6.9×105D ．6.9×106 {答案}D{解析}科学记数法是把一个数表示为n a 10⨯形式, 其中1≤|a |＜10, n 为整数, 表示时关键要正确确定a 的值以及n 的值．在确定n 的值时, 看该数是大于或等于1还是小于1．当该数大于或等于1时, n 为它的整数位数减1；当该数小于1时, －n 为这个数的第一个有效数字前0的个数〔含小数点前的1个0〕．690万＝6900000＝6.9×106.应选项D 正确．22.(2021·南充〕2021年南充市各级各类学校学生人数约为1 150 000人, 将1 150 000 用科学计数法表示为〔 〕A.1.15×106B.1.15×107C.11.5×105D.0.115×107 {答案}A{解析}科学记数法的表示形式为a ×10n的形式, 其中1≤|a |＜10, n 为整数．确定n 的值时, 要看把原数变成a 时, 小数点移动了多少位, n 的绝对值与小数点移动的位数相同．64000＝6.4×104．应选A ．23．〔2021·青岛〕2021年6月23日, 中国第55颗北斗导航卫星成功发射, 顺利完成全球组网.其中支持北斗三号新信号的22纳米工艺射频基带一体化导航定位芯片, 已实现规模化应用.22纳米=0.000 000 022米, 将0.000 000 022用科学记数法表示为〔 〕 A.810×2.2 B -810×2.2 C.-710×0.22 D.-910×22 {答案}B{解析}此题考查了用科学记数法表示绝对值小于1的数, 将原数的小数点移动到左边第一个不是0的数字后面, 小数点移动了几位, 10的指数就是负几.即0.000 000 022=-810×2.2. 因此此题选B ． 24．〔2021·岳阳〕2021年以来, 我国扶贫攻坚取得关键进展, 农村贫困人口减少11 090 000人, 数据11 090 000用科学记数法表示为〔 〕A ．8101109.0⨯B ．61009.11⨯C ．810109.1⨯D ．710109.1⨯{答案}D{解析}此题考查了科学记数法, 科学记数法的表示形式为a ×10n 的形式, 其中1≤|a |＜10, n 为整数．确定n 的值时, 要看把原数变成a 时, 小数点移动了多少位, n 的绝对值与小数点移动的位数相同．当原数绝对值≥1时, n 是非负数；当原数的绝对值＜1时, n 是负数．11 090 000＝1.109×107, 因此此题选D ．25.〔2021·济宁〕2.用四舍五人法将数3.141 59精确到千分位的结果是〔 〕{答案}C{解析}3.141 59≈3.142〔精确到千分位〕.26..〔2021·达州〕人类与病毒的斗争是长期的, 不能松懈、据中央电视台“朝日新闻〞报道, 截止北京时间2021年6月30日凌晨, 全球新冠肺炎患者确诊病例到达1002万.1002万用科学记数法表示, 正确的选项是〔〕A.1.002×107B.1.002×106C.1002×104D.1.002×102万{答案}A27．(2021·荆门)据央视网消息, 全国广阔共产党员积极响应党中央号召, 踊跃捐款, 表达对新冠肺炎疫情防控工作的支持．据统计, 截至2021年3月26日, 全国已有7901万多名党员自愿捐款, 共捐款8亿元．8亿用科学记数法可表示为( )A．×1010B．×109C．×108D．×108{答案}B{解析}1亿＝108, 8亿＝8×108＝×109．应选B．28．〔2021·南通〕今年6月13日是我国第四个文化和自然遗产日．目前, 我国世界遗产总数据居世界首位．其中自然遗产总面积约68000km2, 将68000用科学记数法表示为A．6.8×104B．6.8×105 C．0.68×105 D．0.68×106{答案}Aa⨯的形式, 其中1≤a＜10, n为整数．所以68000＝6.8×104, , 因此{解析}根据科学记数法把数表示为10n此题选A．29．〔2021·天水〕天水市某网店2021年父亲节这天的营业额为341000元, 将数341000用科学记数法表示为〔〕A．3.41×105B．3.41×106C．341×103D．0.341×106{答案}A{解析}341000=×100000=3.41×105, 因此此题选A．30．〔2021·深圳〕2021年6月30日, 深圳市总工会启动“百万职工消费扶贫采购节〞活动, 预计撬动扶贫消费额约150000000元．将150000000用科学记数法表示为〔〕A．0.15×108B．1.5×107C．15×107D．1.5×108{答案}D{解析}科学记数法的表示形式为a×10n的形式, 其中1≤|a|＜10, n为整数．150000000＝1.5×100000000＝1.5×108, 因此此题选D．31．〔2021·鄂州〕面对2021年突如其来的新冠疫情, 党和国家及时采取“严防严控〞措施, 并对新冠患者全部免费治疗．据统计共投入约21亿元资金．21亿用科学记数法可表示为〔〕A．8⨯D．100.2110⨯2.110⨯B．80.21102.110⨯C．9{答案}C{解析}此题考查科学记数法的表示,关键在于牢记表示方法．21亿＝2100000000＝2．1×109．应选C．32．〔2021•湘西州〕2021年中国与“一带一路〞沿线国家货物贸易进出口总额到达92700亿美元．用科学记数法表示92700是〔〕A ．×105B ．×104C ．×103D ．927×102{答案}B {解析}此题考查了科学记数法表示较大的数的方法．∵92700是五位整数, ∴ 92700=9.27×104．因此此题选B ．33．〔2021·怀化〕《三国演义》《红楼梦》《水浒传》《西游记》是我国古典长篇小说四大名著．其中2021年光明日报出版社出版的《红楼梦》有350万字, 那么“350万〞用科学记数法表示为〔 〕A ．×106B ．×107C ．×102D ．350×104{答案}A{解析}科学记数法的形式是：a ×10n , 其中1≤|a |＜10, n 为整数．所以a ＝, n 取决于原数小数点的移动位数与移动方向, n 是小数点的移动位数, 往左移动, n 为正整数, 往右移动, n 为负整数．此题小数点往左移动到3的后面, 所以n ＝6．解：350万＝350×104＝×102×104＝×106．应选：A ．34. (2021·湘潭)地摊经济一词最近彻底火了, 开展地摊经济, 进行室外经营与有序占道经营, 能满足民众消费需求, 在一定程度上缓解了就业压力, 带动了第三产业开展, 同时活泼市场, 刺激经济开展, 一经推出, 相关微博话题阅读量就超过了600000000次, 这个数据用科学记数法表示为〔 〕A . 80.610⨯B . 7610⨯C . 8610⨯D . 9610⨯ {答案}C{解析}此题考查了科学记数法的表示方法．科学记数法的表示形式为a ×10n 的形式, 其中1≤|a |＜10, n 为整数, 表示时关键要正确确定a 的值以及n 的值． 8600000000610=⨯, 应选：C ．35．〔2021·天津〕据2021年6月24日《天津日报》报道, 6月23日下午, 第四届世界智能大会在天津开幕．本届大会采取“云上〞办会的全新模式呈现, 40家直播网站及平台同时在线观看云开幕式暨主题峰会的总人数最高约为58600000人．将58600000用科学记数法表示应为〔 〕A.B. C. D.{答案}B{解析}此题考查了科学记数法, 科学记数法的表示形式为a ×10n 的形式, 其中1≤|a |＜10, n 为整数．确定n 的值时, 要看把原数变成a 时, 小数点移动了多少位, n 的绝对值与小数点移动的位数相同．当原数绝对值≥1时, n 是非负数；当原数的绝对值＜1时, n 是负数．58600000＝, 因此此题选B ．36．〔2021·长沙〕为了将“新冠疫情对国民经济的影响降至最低, 中国政府采取积极的财政税收政策, 切实减轻企业负担, 以促进我国进出口企业平稳开展, 据国家统计局相关数据显示, 2021年1月至5月, 全国累计办理出口退税632400000000元, 其中632400000000用科学计数法表示为〔 〕A ．1110324.6⨯B ．1010324.6⨯C ．9104.632⨯D ．12106324.0⨯{答案}A{解析}此题主要考查了科学记数法的表示方法, 科学记数法的表示形式为a ×10n 的形式, 其中1≤|a |＜10, 8058610⨯．75.8610⨯658610⨯．558610⨯75.8610⨯n 为整数．确定n 的值时, 要看把原数变成a 时, 小数点移动了多少位, n 的绝对值与小数点移动的位数相同．当原数绝对值＞1时, n 是正数；当原数的绝对值＜1时, n 是负数, 632400000000用科学记数法可表示为1110324.6⨯, 因此此题选A ．37.〔2021·包头〕2021年初, 国家统计局发布数据, 按现行国家农村贫困标准测算, 截至2021年末, 全国农村贫困人口减少至551万人, 累计减少9348万人．将9348万用科学记数法表示为〔 〕A ．80.934810⨯B ．79.34810⨯C ．89.34810⨯D ．693.4810⨯{答案}B{解析}此题考查了科学记数法.科学记数法的形式为：n a ⨯10, 其中, ||a ≤<110,n 当原数的绝对值≥10时, n 等于原数的整数位数减1或小数点向左移动的位数；当0<原数的绝对值<1时, n 的绝对值等于原数中左起第一个非零实数前零的个数〔包括小数点前面的0〕或小数点向右移动的位数.此题中9348万可以表示为79.34810⨯, 应选择A.38．(2021·成都)2021年6月23日, 北斗三号最后一颗全球组网卫星在西昌卫星发射中心成功发射并顺利进入预定轨道, 它的稳定运行标志着全球四大卫星导航系统之一的中国北斗卫星导航系统全面建成．该卫星距离地面约36000千米, 将数据36000用科学记数法表示为〔 〕A ．3.6×103B ．3.6×104C ．3.6×105D ．36×104{答案}B{解析}科学记数法的表示形式为a×10n 的形式, 其中1≤|a|＜10, n 为整数．确定n 的值时, 要看把原数变成a 时, 小数点移动了多少位, n 的绝对值与小数点移动的位数相同．当原数绝对值≥10时, n 是正数；当原数的绝对值＜1时, n 是负数．解：36000＝3.6×104, 应选：B ．39．〔2021·河北〕光速为300 000千米/秒, 光经过t 秒(1≤t ≤10)传播的距离用科学记数法表示为a ×10n 千米, 那么n 可能为或或6或7{答案}C{解析}解析：300000t=3t×105, ∵1≤t≤10, ∴3≤3t≤30.∴3×105≤3t×105≤30×105, ∴n 可能为5或6, 故答案为C.40..〔2021·牡丹江〕一周时间有 604 800秒, 604800用科学记数法表示为_________________.{答案}6.048×105{解析}科学记数法的表示形式为a×10n 的形式, 其中1≤|a|＜10, n 为整数．确定n 的值时, 要看把原数变成a 时, 小数点移动了多少位, n 的绝对值与小数点移动的位数相同．当原数绝对值＞10时, n是正数；当原数的绝对值＜1时, n 是负数．故将604800用科学记数法表示为6.048×105. 41．〔2021·宜昌〕我国渤海、黄海、东海、南海海水含有不少化学元素, 其中铝、锰元素总量均约为6810⨯ 吨.用科学记数法表示铝、锰元素总量的和, 接近值是〔 〕.A ．6810⨯B ．61610⨯C ．71.610⨯D ．121610⨯{答案}C{解析}科学记数法的表示形式为a×10n 的形式, 其中1≤|a|＜10, n 为数字的位数减一．铝、锰总量和为8×106×2=16×106．42．〔2021·咸宁〕中国互联网络信息中心数据显示, 随着二胎政策全面开放, 升学就业竞争压力的不断增大, 满足用户碎片化学习需求的在线教育用户规模持续增长, 预计2021年中国在线教育用户规模将到达305000000人．将305000000用科学记数法表示为〔 〕A. 110.30510⨯B. 83.0510⨯C. 63.0510⨯D. 830510⨯ {答案}B{解析}此题考查了科学记数法的表示方法, 科学记数法的表示形式为a×10n 的形式, 其中1≤|a|＜10, n 为整数．确定n 的值时, 要看把原数变成a 时, 小数点移动了多少位, n 的绝对值与小数点移动的位数相同．当原数绝对值大于10时, n 是正数；当原数的绝对值小于1时, n 是负数．305000000=3.05×108, 因此此题选B ． 43.(2021·潍坊)今年的政府工作报告中指出：去年脱贫攻坚取得决定性成就, 农村贫困人口减少1109万．数字1109万用科学记数法可表示为〔 〕A. 71.10910⨯B. 61.10910⨯C. 80.110910⨯D. 611.0910⨯ {答案}A{解析}此题考查了科学记数法.科学记数法的形式为：n a ⨯10, 其中, ||a ≤<110,n 当原数的绝对值≥10时, n 等于原数的整数位数减1或小数点向左移动的位数；当0<原数的绝对值<1时, n 的绝对值等于原数中左起第一个非零实数前零的个数〔包括小数点前面的0〕或小数点向右移动的位数.此题中1109万可以表示为71.10910⨯, 应选择A.44．〔2021·滨州〕冠状病毒的直径约为80～120纳米, 1纳米＝91.010-=⨯米, 假设用科学记数法表示110纳米, 那么正确的结果是〔 〕A ．91.110-⨯米B ．81.110-⨯米C ．71.110-⨯米D ．61.110-⨯米{答案}C{解析}此题考查了用科学记数法表示较小的数, 110纳米=110×10-9米=1.1×10-7米, 因此此题选C ．45．〔2021·宜宾〕我国自主研发的北斗系统技术世界领先, 2021年6月23日在西昌卫星发射中心成功发射最后一颗北斗三号组网卫星, 该卫星发射升空的速度约为7100米/秒．将7100用科学记数法表示为〔 〕A ．7100B ．0.71×104C ．71×102D ．7.1×103{答案}D{解析}科学记数法的表示形式为a×10n 的形式, 其中1≤|a|＜10, n 为整数．确定n 的值时, 要看把原数变成a 时, 小数点移动了多少位, n 的绝对值与小数点移动的位数相同．当原数绝对值＞10时, n 是正数；当原数的绝对值＜1时, n 是负数．46.〔2021·广州〕广州市作为国家公交都市建设示范城市, 市内公共交通日均客运量已达15 233 000人次, 将15 233 000用科学记数法表示应为〔 〕1．A ．5152.3310⨯B ．615.23310⨯C ．71.523310⨯D ．80.1523310⨯{答案}C {解析}此题考查了科学记数法, 将一个比拟大的数表示为10n a ⨯的形式, 其中“a “局部的取值范围是〞 1||10a ≤<〞, n 为整数．确定n 的值时, 要看把原数变成a 时, 小数点移动了多少位, n 的绝对值与小数点移动的位数相同．因此此题选C ．47.〔2021·恩施〕茶中精品“恩施绿〞“利川红〞享誉世界．去年恩施州茶叶产量约为120000吨, 将数120000用科学记数法表示为〔 〕．A. 41210⨯B. 51.210⨯C. 61.210⨯D. 60.1210⨯{答案}B{解析}科学记数法的表示形式为a ×10n 的形式, 其中1≤|a |＜10, n 为整数．确定n 的值时, 要看把原数变成a 时, 小数点移动了多少位, n 的绝对值与小数点移动的位数相同．当原数绝对值＞1时, n 是正数；当原数的绝对值＜1时, n 是负数．120000=51.210⨯, 应选：B.48．2021年中央财政下达义务教育补助经费亿元, 比上年增长8.3%.其中亿元用科学记数法表示为〔 〕A ．1016.95910⨯B ．81695.910⨯C ．101.695910⨯D ．111.695910⨯ {答案}D{解析}此题考查了科学记数法, 将一个数表示成10n a ⨯的形式, 其中110a ≤<, n 为整数, 1695.9亿38111.69591010 1.695910=⨯⨯=⨯, 因此此题选D ．49．〔2021·通辽〕2021年我市初三毕业生超过30000人, 将30000用科学记数法表示正确的选项是〔 〕 A ．×105 B ．3×104 C ．30×103 D ．3万{答案}B{解析}科学记数法就是把一个数表示成a ×10n 的形式〔其中1≤a ＜10〕, 所以30000=3×104．． 50．〔2021·玉林〕2021新型冠状病毒的直径是mm , 将用科学记数法表示是〔 〕A ．120×10－6B ．12×10－5C ．1.2×10－4D ．1.2×10－5{答案}C{解析}根据科学记数法的表示方法可知：当表示绝对值较小的数时, 直接观察从左边起第一个不为0的数前面的0的个数, 有几个0就是负几次方, 所以10的指数为－4, 用科学记数法表示数时a 的值为大于0且小于10的数, 应选择C .51．〔2021·毕节〕中国的陆地面积约为9600 000平方公里, 9 600 000用科学记数法表示为〔 〕A ．0.96×107B ．9.6×107C ．9.6×106D ．×105{答案}C ,{解析}此题考查用科学记数法表示一个较大的数．科学记数法就是把一个数表示为a ×10n 的形式, 其中1≤|a |＜10, n 为整数．确定n 的值时, 要看把原数变成a 时, 小数点移动了多少位, n 的绝对值与小数点移动的位数相同．当原数绝对值≥1时, n 是非负数；当原数的绝对值＜1时, n 是负数．9 600 000＝9.6×106, 应选C.52．〔2021·海南〕从海南省可以再生能源协会2021年会上得悉, 截至4月底, 今年我省风电、光伏及生物质能的新能源发电量约772 000 000千瓦·时.数据772 000 000可用科学记数法表示为( )A ．772×106B ．×107C ．×108D ．7.72×109{答案}C{解析}科学记数法的表示形式为a ×10n , 其中1≤|a |＜10.假设用科学记数法表示绝对值较大的数, 那么n 的值等于该数的整数位数减去1, 那么a ＝, n ＝9－1＝8, 故772 000 000＝×108.53.〔2021·郴州〕2020年6月23日, 北斗三号最后一颗全球组网卫星在西昌卫星发射中心点火升空.北斗卫星导航系统可提供高精度的授时效劳, 授时精度可达10纳秒〔1秒=1000000000纳秒〕用科学记数法表示10纳秒为〔 〕A ．8101-⨯秒B ．9101-⨯秒C ．91010-⨯秒D ．9101.0-⨯秒{答案}A{解析}∵1秒＝1000000000纳秒, ∴10纳秒＝10÷1000000000秒＝0.000 00001秒＝1×10－8秒．应选：A ． 54．〔2021·威海〕人民日报讯, 2021年6月23日, 中国成功发射北斗系统第55颗导航卫星．至此中国提前半年全面完成北斗三号全球卫星导航系统星座部署．北斗三号卫星上配置的新一代国产原子钟, 使北斗导航系统授时精度到达了十亿分之一秒．十亿分之一用科学记数法可以表示为〔 〕A ．10×10﹣10B ．1×10﹣9C ．×10﹣8D ．1×109【分析】用科学记数法表示较小的数, 一般形式为a ×10﹣n , 其中1≤|a |＜10, n 为由原数左边起第一个不为零的数字前面的0的个数所决定．55.〔2021·吉林〕国务院总理李克强2020年5月22日在作政府工作报告时说, 去年我国农村贫困人口减少11090000, 脱贫攻坚取得决定性成就．数据11090000用科学记数法表示为〔 〕A. 611.0910⨯B. 71.10910⨯C. 81.10910⨯D. 80.110910⨯【答案】B【详解】科学记数法：将一个数表示成10n a ⨯的形式, 其中110a ≤<,n 为整数, 这种记数的方法叫做科学记数法, 那么711090000 1.10910⨯=, 应选：B ．56.〔2021·永州〕永州市现有户籍人口约万人, 那么“现有户籍人口数〞用科学记数法表示正确的选项是〔 〕A. 56.35310⨯人B. 563.5310⨯人C. 66.35310⨯人D. 70.635310⨯ 【答案】C 【详解】万=66.35310⨯, 应选：C.57.〔2021·邵阳〕2021年6月23日, 中国第55颗北斗导航卫星成功发射, 标志着拥有全球知识产权的北斗导航系统全面建成, 据统计：2021年, 我国北斗卫星导航与位置效劳产业总体产值达3450亿元, 较2021年增长14.4%, 其中, 3450亿元用科学记数法表示为〔 〕A ．×1010B ．×109C ．×103D ．×1012{答案}D{解析}此题考查了利用科学计数法表示较大的数的方法, 根据科学计数法的表示形式为10n a ⨯, 其中110a ≤＜, n 为整数, 那么3450亿×1011元, 因此此题选D ．58. 〔2021·攀枝花〕 中国抗疫取得了巨大成就, 堪称奇迹, 为世界各国防控疫情提供了重要借鉴和支持, 让中国人民倍感自豪.2021年1月12日, 世界卫生组织正式将2021新型冠状病毒命名为2019-nCoV .该病毒的直径在0.00000008米~0.00000012米, 将用科学计数法表示为10n a ⨯的形式, 那么n 为〔 〕A. 8-B. 7-C. 7D. 8{答案}B{解析}把0.00000012表示为a ×10n 的形式〔其中1≤a ＜10, n 为整数〕, n 的绝对值等于原数中左起第一个非零数前零的个数〔含整数位数上的零〕．0.00000012从左起第一个非零数前零的个数是7, 所以n=－7, 故答案为B.59．〔2021·广西北部湾经济区〕2021年2月至5月, 由广西教育厅主办, 南宁市教育局承办的广西中小学“空中课堂〞是同期全国效劳中小学学科最齐、学段最全、上线最早的线上学习课程, 深受广阔师生欢送．其中某节数学课的点击观看次数约889000次, 那么数据889000用科学记数法表示为〔 〕。
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原子钟的几种常见类型欧阳光明（2021.03.07）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。