引言

在时频的浩瀚战场中，铷原子钟犹如一把无坚不摧的神秘武器，精准同步着每一个时间节点，主宰着时间的脉搏。

铷原子钟，这一强大的利器，以其超高的精度和稳定性，在众多关键领域展现出无与伦比的威力。在航天航空领域，它是精密导航的“心脏”，为飞行器提供精准的时间信号，确保位置的准确性和飞行的安全性。在通信领域，它是一把锋利的宝剑，斩断时间误差的乱麻，保障信息的高效传输，让数据传递得毫无偏差。在科学研究中，铷原子钟更是一位可靠的战友，为精密实验提供稳定的时间基准，助力科学家们揭开宇宙的奥秘。

无论是在广袤的太空探索，还是在复杂的通信网络中，亦或是在高深的科学研究前沿，铷原子钟都以其卓越的综合性能，成为时频领域的中流砥柱。它就像一位沉默的守护者，时刻准备着为时间的准确性而战，为各个领域的发展提供坚实的保障。选择铷原子钟，就是选择了精准与可靠，让我们在时间的战场上无往不胜。

铷原子钟的发展史

铷原子钟的发展历经多个重要阶段：20 世纪 50 年代是理论奠基阶段。1950 年，法国物理学家阿尔弗雷德・卡斯特勒发明光抽运技术，实现原子特定超精细能级的集居，为铷原子钟精确计时提供关键方法。随后，1953 年美国的罗伯特・H・迪克发现气泡内原子与惰性气体碰撞可降低超精细谱线展宽，提高原子谱线精度；1957 年德国-美国的汉斯・格奥尔格・德默尔特用光吸收法探测原子超精细跃迁信号，提升信号探测灵敏度；1958 年美国的 P.L. 本德等发明同位素滤光技术，改善光抽运选态效果，提高铷原子钟性能。20 世纪 60 年代进入早期产品出现阶段，美国诞生******的铷钟产品，标志着从理论走向实际应用，但性能、稳定性不足，且体积大，主要用于科研和军事领域。20 世纪 70 年代 - 80 年代是改进与发展阶段。科学家不断改进铷原子钟的部件和技术，如优化微波腔设计、提高抽运光源稳定性等，关键指标逐步提升。同时，应用领域从科研和军事向民用拓展，在电信、电力、金融等行业成为重要时间基准设备。20 世纪 90 年代至今为快速发展阶段。卫星导航系统的需求推动星载铷原子钟快速发展，各国投入资源研发。我国中科院武汉物理与数学研究所的梅刚华团队研制出了国际******的星载铷原子钟，其秒稳定度进入到-14量级。同时，微加工和电子技术促使铷原子钟朝着小型化、高性能化和多应用方向发展，出现了像成都同相科技有限公司的超高稳铷原子钟，超薄铷原子钟，微型铷原子钟和微波宽频段自由输出的铷原子钟产品。科研人员还在不断探索新技术，从多方面优化铷原子钟的设计和制造工艺。总之，铷原子钟在性能、应用和技术创新等方面不断取得突破，未来发展前景广阔。

铷原子钟的原理

在铷原子钟中，铷原子的跃迁频率稳定性是保证其精度的核心“秘密”。它通过一系列精细的物理过程来实现从原子能级跃迁到微波频率的稳定输出。

铷原子钟利用铷-87（87Rb）同位素的电子跃迁频率作为标准。这一频率基于铷-87的超精细结构跃迁，即铷原子基态的两个超精细能级（F=1 和 F=2 能级）之间的跃迁。该跃迁频率约为 6,834,682,610 Hz。这一频率极其稳定，受外部环境影响较小，因而适合作为时间基准。超精细结构是由原子的电子和原子核自旋相互作用引起的。铷原子的电子自旋和核自旋在不同方向上相互耦合，使得基态能级分裂为多个超精细能级。基于量子力学原理，这些分裂能级的跃迁频率具有高度的稳定性和可重复性，为时间测量提供了可靠的基准。

铷原子钟使用 光泵浦技术 来将铷原子激发至某个特定的状态。铷原子钟中通常使用一个无极铷灯作为光泵浦光源。在高频振荡场中铷原子被电离激发，发出特定波长的光，这个波长与铷-87的特定跃迁相对应。光泵浦灯发出的光通过滤光片或滤光泡，选择出与铷原子特定跃迁能级相匹配的波长（大约 795 nm），以激发铷原子的最外层电子跃迁。当光照射到铷原子时，铷原子的电子从基态跃迁到激发态。该激发态对应于特定的自旋取向，使大多数铷原子跃迁至一个特定的超精细能级，从而达到“极化”状态。这种光泵浦激发使得铷原子处于较高的能态（即“被泵浦”状态），为接下来的微波激发做准备。

铷原子钟中使用微波腔产生一个与铷原子超精细结构跃迁频率一致的微波场。这个过程称为 微波共振激发，微波腔通常是一个环形谐振腔，用于产生频率约为6.834682610 GHz的微波场，以对应于铷-87的超精细跃迁频率。微波场使铷原子从光泵浦状态中的高能级跃迁回低能级。根据量子力学的选择定则，当微波场的频率与铷原子的超精细跃迁频率匹配时，铷原子吸收微波能量并发生跃迁。这一跃迁会引发电子自旋的反转，导致铷原子从极化状态返回初始的基态。由于跃迁是通过特定频率的微波驱动的，这种共振现象会产生一个高检测信号，可以用于微波频率的精确锁定。

微波共振的效果通过 光电探测 系统检测，并提供反馈以控制微波频率的稳定性。在微波场驱动下跃迁回基态的铷原子会再次吸收泵浦光，随后发射出新的光信号。这个光信号的强度被光电探测器测量，产生一个与微波场共振频率相关的输出信号。当探测到光信号的强度发生变化时，反馈电路系统将调整微波源的频率，确保微波场的频率始终匹配铷原子的跃迁频率。通过不断调整，使得微波场与铷原子的超精细跃迁频率保持锁定，以提供一个稳定的频率输出。

经过光泵浦、微波共振激发和反馈控制，铷原子钟可以输出一个极为稳定的微波频率信号。这个信号可以通过电子控制系统转化为标准的时间频率信号，提供精确的时间基准。铷原子钟的稳定性和准确性通常可以达到每月漂移在一毫秒量级以内，适用于通信、导航等高精度领域。

物理原理确保了铷原子钟的频率输出不会轻易受到温度、压力等环境因素的干扰，使得铷原子钟具有极高的时间测量精度和稳定性。

成都同相的铷原子钟物理结构示意图

成都同相科技有限公司潜心研究铷原子钟的物理特性，在频率稳定度和天漂移等重点指标有重大突破，并完成了STM-RB-N型铷原子钟，STM-RB-H超高性能铷原子钟，STM-RB-S超薄铷原子钟，STM-RB-M微型铷原子钟和STW-FS725通用型铷原子频标的产品开发。从频率稳定度，天漂移，频谱范围，尺寸功耗等多个维度达到行业******水平，满足不同领域的应用需求。STM-RB-H型超高性能铷原子钟频率稳定度******可达8E-15/day,天漂移达≤5E-14/day, STM-RB-M微型铷原子钟尺寸达到50mm×50mm×19mm，重量仅为110g。为解决用户对多路不同信号的需求，STW-FS725通用型铷原子频标不仅具备低相噪的5MHz,10MHz信号,还支持超低相噪的100MHz-1GHz频率输出。

上图为成都同相STW-FS725输出100MHz信号的相位噪声曲线

成都同相的铷原子钟内还配备了高性能的数字信号处理器，能够对时钟信号进行精确的捕捉和处理。通过低相噪频率综合，进一步减小了微波电路噪声对频率稳定度的影响。内置的自主智能驯服算法，可自由匹配外部参考PPS的抖动性能，实现时间同步、频率驯服与驾驭；通过不断探索铷原子钟的频率漂移机制，利用长期驯服数据进行自主学习，开发出了高精度的主动频率漂移补偿技术。这使得我们的原子钟即使在没有外部驯服的情况下，也能保持较低的漂移率，提高了自主守时能力。

成都同相铷原子钟系列产品

成都同相超高性能铷钟16天运行原始数据（未启用频漂补偿）

我们不仅在技术上不断突破创新，还拥有强大的产品批产能力。我们的生产线采用自动化制造技术，确保了每一台铷原子钟都能满足高质量标准的要求。

通过对生产流程的精心设计和供应链管理，成都同相确保产品效能高度一致。从原材料的采购到最终产品的测试和校准，每一个环节都严格把控，产品出厂前还会对频率稳定性、准确度和环境适应性等关键特性全面评估，测试。

我们理解不同客户有不同的需求。因此，我们提供有针对性的定制化服务，以满足您的特殊要求。无论是在尺寸、功耗还是性能上，我们都能提供量身定制的解决方案。

成都同相始终致力于将最尖端的时频技术带入市场，同时确保我们的生产能力能够满足客户的需求。我们相信，通过与客户的共同努力，铷原子钟将成为推动科技进步和社会发展的关键力量。