對全球貿(mào)易、交通和絕大多數(shù)科技領域來說,準確的時間頻率測量的貢獻是不可低估的.這里僅舉其中的兩個眾所周知的典型例子:精確已知頻率的穩(wěn)定信號源的可用性是實現(xiàn)全世界數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的運行和精確衛(wèi)星定位的先決條件.現(xiàn)在,精確的頻率測量對基本理論的正確性給出了*嚴格的限制.當人們構(gòu)建*精確的時鐘,并且將不同時間和位置的測量結(jié)果結(jié)合到一個共同的系統(tǒng)中時,頻率標準將與上述的所有方面以及許多其他領域的發(fā)展密切聯(lián)系起來.這些領域的快速發(fā)展以驚人的速度產(chǎn)生了新的知識和認知,本書致力于介紹頻率標準的基礎知識和相關應用.其中大部分和頻率標準有關的材料散落在電子工程、物理學、計量學、天文學等領域的優(yōu)秀書籍、綜述文章或科技雜志中.在大部分情況下,這樣關注于特定子領域的特定應用、需求和符號的論著,通常是寫給專家們閱讀的.本書旨在為更廣泛的讀者群服務,它針對的是對于這個快速發(fā)展的領域希望有一般性或介紹性了解的研究生、工程師或物理學家.本書是從作者在漢諾威大學和康斯坦茨大學給研究生的課程中演變過來的.特別要指出的是,這本專著旨在達到幾個不同的目的.首先,本書綜述了統(tǒng)一的表象下的橫跨微波到光頻頻段的頻率標準的基本概念,從而可以應用于不同的領域.它包括了從力學、原子物理學、固體物理學、光學和伺服控制方法等方面的選定主題.如果可能的話,對于一些通常被認為是很復雜的主題,例如相對論理論的原理和結(jié)論,本書則從簡單的物理描述開始介紹,然后再將該主題的論述擴展到所需的水平,以便在本書的范圍內(nèi)對它進行充分理解.其次,本書討論了常用單元的實現(xiàn)手段,例如振蕩器、宏觀頻率參考和原子頻率參考.本書強調(diào)的不僅僅是理解其基本原理及應用,還有實際的例子.其中的一些主題可能讓更專業(yè)的讀者感興趣.在這種情況下,為了簡明起見,本書向讀者提供了已評估過的參考文獻列表,這些文獻描述了該主題的必要細節(jié).第三,本書要為讀者提供足夠詳細的、*重要的頻率標準的描述,例如銣鐘、氫鐘、銫原子鐘、離子阱或穩(wěn)頻激光器.對一個頻率標準的重要性的判據(jù)包括了它對科學和技術(shù)在從前、現(xiàn)在和未來的重要影響.除了不斷創(chuàng)造紀錄的基準時鐘之外,我們的興趣還集中在微小、廉價且易于操作的頻率標準,以及在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)中使用的同步時鐘系統(tǒng).第四,本書介紹了頻率標準在當代高科技領域的各種應用,包括基礎研究的前沿領域、計量學及探索研究*精確的時鐘等.對于頻率標準在預測未來更大時間尺度上的技術(shù)演變,即使只可能實現(xiàn)非常有限的拓展,這里也會羅列一些可能的發(fā)展方向.通過探討基本原理設定的主要限制,讀者將能夠理解這里討論的這些概念,并達到或規(guī)避這些極限.*后,除了為學生、工程師和研究人員提供一個參考文獻之外,本書還旨在讓讀者在這樣的物理和技術(shù)的漫游中獲得智力上的樂趣和享受.本書的第１章綜述了基本術(shù)語,并介紹了時鐘發(fā)展的簡要歷史;第２章和第３章介紹了理想的和實際的振蕩器的特性;第４章介紹了宏觀頻率參考的性質(zhì),而第５章則對應微觀頻率參考的性質(zhì),即原子和分子頻率參考;對于原子和分子頻率參考*重要的制備和探詢方法在第６章中將進行介紹;第７章至第１０章詳述了從微波到光學波段的頻率標準的具體例子,強調(diào)了它們的特色、不同的工作區(qū)域及其主要應用;第１１章描述了測量光學頻率時選取的一些原理和方法,它和*快速發(fā)展的當前和未來的頻率標準直接相關;第１２章討論了頻率標準的一個特定應用時間測量.本書的其余部分用于探討頻率標準的特殊應用和基本極限.我要對所有同事的持續(xù)幫助表示感謝,他們給予了有益的討論,并提供了各種信息和圖表. 我非常感謝WileyＧVCH 團隊的耐心和幫助,感謝Hildegard持之以恒的鼓勵,并幫助我修改圖和參考文獻.我特別感謝A．Bauch、T．Binnewies、C．Degenhardt、J．Helmcke、P．Hetzel、H．Kn？ckel、E．Peik、D．Piester、J．Stenger、U．Sterr、Ch．Tamm、H．Telle、S．Weyers和R．Wynands,他們分別仔細地閱讀了一部分手稿.但是,對于本書中的任何缺陷,或者在特定主題上可能需要更多的耐心和努力才能被理解的情況,這些同事不負有任何責任.此外,與任何頻率標準一樣,反饋是必要的,并且非常歡迎讀者們一起來消除錯誤,或提出更好的建議,以便造福未來的讀者.
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