黄良育，张涤新，陈 江，王 骥

（兰州物理研究所，甘肃 兰州 730000）

1 引言

磁选态铯原子频标由于具有好的可靠性和长期稳定性等特点，已在时频系统、导航定位和通信等方面得到了广泛应用。

在1967年第十三届国际计量大会上对原子秒作了定义，即“秒是铯133原子基态的2个超精细能级之间跃迁所对应辐射的9 192 631 770个周期所持续的时间”[1]。对于铯原子基态6s，核外电子角动量J=1/2，核自旋角动量I=7/2，原子总角动量F=4和3。在外加弱磁场中，原来以F为标志的超精细能级分裂成（2F+1）个以mF为标志的塞曼子能级（即分裂为16个塞曼子能级）。在铯原子频标中，用于跃迁的2个超精细能级是（F=3，mF=0）和（F=4，mF=0），其跃迁频率为9 192 631 770 Hz。磁选态铯原子钟是被动型原子钟，选出一个子能级跃迁到另一子能级，形成鉴频信号，利用锁频环路去锁定一个晶体振荡器产生固定的频率信号。

磁选态铯原子钟由2部分组成[2]：（1）物理部分即铯束管，用于产生原子能级跃迁；（2）频标电路用于产生标准频率并对频率进行变换和调整。单束磁选态铯束管工作原理如图1所示，由铯源、A磁铁、Ramsey微波腔、B磁铁和检测器等零部件组成，产生Ramsey跃迁信号。

图1 磁选态铯束管工作原理

加热装有高纯度铯[3]的铯炉到一定温度，铯原子通过细长的准直管沿一定方向喷出形成原子束。从铯炉中喷出的铯原子由于处于不同状态，具有不同磁矩，在通过不均匀磁场A时将因受不同的横向偏转力作用而偏向不同方向，从而将F=3的铯原子选出，被选出的铯原子经过较弱的恒定磁场（C场）和微波谐振腔，在频率为9.192 GHz的微波作用下发生跃迁，跃迁到F=4，mF=0态，跃迁后的铯原子被磁铁B的偏转磁场选中进入检测器中获得Ramsey跃迁信号。……