频标:基础与应用

频标是近２０年来物理学中*引人注目、发展*迅速的研究领域之一.本书是频标领域*重要的、教科书级的文献之一.正如它的名称那样,本书不仅全面系统地介绍了频标的基础知识,而且对与频标相关的精密测量领域以及频标的各个应用领域进行了全面的介绍.本书出版于２００４年,当时探测土星及“土卫六”的“卡西尼”飞船还处于飞赴土星的漫漫旅途中(见本书１３．１．２．２节),如今,该计划作为人类*成功的太空探索项目之一,已经随着２０１７年“卡西尼”飞船在土星表面的陨落而谢幕.这些年来,以光钟为标志的频标技术及其应用研究取得了飞速的发展,性能指标相比书中提到的参数有了显著提升,而书中提到的许多展望也已经实现.特别地,书中介绍的将国际单位制中的时间单位与其他基本单位通过基本物理常数联系起来的设想,已经在２０１８年１１月１３日至１６日举行的第２６届国际计量大会(CGPM)上实现,这是计量学自１８７５年签署？米制公约？以来的*重要的一次变革,将对未来产生深远影响.尽管随着频标技术的发展,新的技术不断涌现,但本书中介绍的频标核心技术和方法并未过时,仍然是当前频标研究的*重要和*核心的技术基础,例如基于低热膨胀材料、振动不敏感、低温等技术,目前的光频振荡器的稳定度已经达到１０－１６甚至更高的量级,但其中的技术内核仍然是本书第４章介绍的宏观振荡器的相关知识.这就是经典的魅力.如果我们想在时频领域有所建树,就必须熟悉并熟练掌握本书中的相关知识. 这些年来,我们国家在时频领域取得了飞速的发展,频标研究和应用不断取得进步,研究队伍也不断壮大.在科研领域,光钟、喷泉钟、星载钟、光纤时频传递等研究都取得了长足的进步,特别是在国际上首次实现了在轨运行的空间冷原子钟实验.在时频应用领域,我国完成或正在建设一系列对国民经济有重大影响的项目,例如,北斗三号卫星导航系统已经建成开通,国内的光纤时频网络正在建设,并且发展起了像成都天奥电子这样的专注于频标产品的上市公司.不过在时频研究的许多领域,我国与国际先进水平还有相当的差距.希望我辈中人夙兴夜寐、不懈努力,使我国在频标领域的研究全面达到国际先进水平. 本书在国际频标领域享有盛誉,是原子频标领域的教科书级的经典著作,可以作为相关领域的研究生教材和科研人员参考书.本书第１章概述了时间计量的发展和频标的研究内容;第２章介绍了频标信号的基本概念、信号调制及稳频方法;第３章介绍了频率信号的噪声特征、测量和评价方法;第４章介绍了晶振、微波腔、光学FP腔等常用的宏观振荡器,以及它们的特征和参数;第５章概述了原子、分子、离子等微观振荡器的性能特征及影响频移的因素;第６章介绍了原子和分子冷却与俘获等工作介质制备与探询的方法;第７章介绍了基准铯频标的种类、工作原理和性能指标;第８章介绍了其他类似的微波钟,包括主动氢钟、各种铷钟等;第９章介绍了光频标;第１０章介绍了离子阱频标的相关技术、种类及性能指标;第１１章介绍了光频合成的相关技术;第１２章介绍了时标和时间发布的各种方法,包括长波、全球卫星导航系统、甚长基线干涉等;第１３章介绍了高精度时频信息在基础研究和高技术领域的多个应用;第１４章介绍超越目前频标技术指标的各种可能的技术突破. 本书的作者FritzRiehle教授是国际时频领域的著名专家,德国联邦技术研究院(PTB)时频部门的负责人.作者对频标相关领域有着广泛而深入的了解,并且有着丰富的科研经历,所以才可以在本书中呈现出频标相关领域的全貌.另一方面,本书内容非常具体,通过许多实例将频标的原理与方法深入浅出地进行讲解,例如它以一套具体的激光稳频电路介绍了电路伺服系统(见２．４．２节),因此读者阅读起来并不困难.对于想了解或学习频标相关知识和技术的科研人员而言,本书是*的推荐书目之一.华中科技大学出版社找到我们翻译这本书时,我们既深感荣幸,又有些忐忑,唯恐不能胜任.在翻译过程中,它也是一个不可多得的学习过程,我们通过本书的翻译受益良多.本书的序言、第１章、第５章、第９章、第１１章由徐震翻译,第２章、第４章、第１０章、第１２章、第１３章由魏荣翻译,第３章、第６章、第７章、第８章、第１４章由邓见辽翻译.特别感谢华中科技大学徐晓琦编辑在翻译时给与的帮助和指导.由于译者水平有限,翻译不当之处在所难免,欢迎广大读者批评指正.