时间频率的高准确度测量方法

　　1 引 言

　　时间频率的高准确度测量，促进着科学技术的进步，而科学技术的进步，又反过来把时间频率的测量准确度提高到了崭新的高度，两者之间相互关联，相互促进，使时间频率高准确度的有关技术与方法达到了一个新的水平。

　　时间和频率是我们日常生活和工作中最常用的两种基本参量，它是国际单位制中七个基本量之一。在计量学和计量测试中，时间频率是带头学科，是先导。当代量子频标的出现和电子技术的进步，极大地提高了时间频率计量测试的稳定性和准确度，其测量准确度和测量技术遥遥领先于其它量子的计量测试水平。我们就目前时间频率的高准确度测量所采用的标准和测量技术与方法进行一些论述。

　　2 高准确度的铯束原子时间频率标准

　　我们知道，时间频率的测量过程，实际上是通过所选定的方法将被测频标与参考频标进行比对的过程。要进行时间频率的高准确度测量，首先要选用高准确密度的时间频率标准。作为世界上最精密的商品铯束原子钟HP5071A(选型 001)，其准确度和稳定性分别为 1×10^-12和 2×10^-14/d。

　　在此之前，HP 公司宣布：“世界上最精密的守时装置—HP5071A 铯束原子钟从市场上可以买到，它的守时准确度在160 万年内为 1 s”。HP5071A 主频标(用铯Ⅱ技术)比它的取代产品 HP5061B 的准确度高出一倍，它的原子钟受到了世界各国时频专家的好评，其设计制造技术体现了当代技术的结晶。

　　HP5071A 的显著特点是由于采用了铯Ⅱ技术，从而改进了原子钟的准确度和稳定性，它在多种环境条件下，如温度、湿度以及磁场发生变化时均可正常工作，能达到实验室条件下的指标。并且由于采用了微处理器控制，通过微处理器控制的电子组件能稳定地控制铯管的微波功率、铯温、磁场、电子倍增器的电压和增益，使其工作在最佳的水平上。

　　以前的铯束原子钟要受环境温度的影响使其准确度不高，并且还要受拉比和拉姆其原子现象的牵引而受损害，因而出现明显的不精确性。由于这种新原子钟采用了铯Ⅱ技术，减少了铯钟受环境和频率牵引敏感度的影响，因此，HP5071 A在稳定性和准确度上有了明显地提高。所谓铯Ⅱ技术，就是由改进的铯束管和微处理器控制的数字电路构成。它还使HP5071A 在多种环境条件下，无须操作人员干预，只需 30 min 就可以达到其准确度。目前使用的老型铯钟即使在稳定的条件下，至少要预热 24 h，而且还需要操作人员不断地照看。改进后的铯管能更有效地使用其铯源，在工作时，可以保留住 20%以上的铯流失，并且还采用了最佳的铯束光和磁态选择器。由于铯管设计上的进步，自动维护和广泛使用数字电路，铯Ⅱ技术提供的可靠性要比 HP5061 高得多。并且，铯管的寿命也将比老一代产品大为增加。