对全球贸易、交通和绝大多数科技领域来说,准确的时间频率测量的贡献是不可低估的.这里仅举其中的两个众所周知的典型例子:精确已知频率的稳定信号源的可用性是实现全世界数字数据网络的运行和精确卫星定位的先决条件.现在,精确的频率测量对基本理论的正确性给出了*严格的限制.当人们构建*精确的时钟,并且将不同时间和位置的测量结果结合到一个共同的系统中时,频率标准将与上述的所有方面以及许多其他领域的发展密切联系起来.这些领域的快速发展以惊人的速度产生了新的知识和认知,本书致力于介绍频率标准的基础知识和相关应用.其中大部分和频率标准有关的材料散落在电子工程、物理学、计量学、天文学等领域的优秀书籍、综述文章或科技杂志中.在大部分情况下,这样关注于特定子领域的特定应用、需求和符号的论著,通常是写给专家们阅读的.本书旨在为更广泛的读者群服务,它针对的是对于这个快速发展的领域希望有一般性或介绍性了解的研究生、工程师或物理学家.本书是从作者在汉诺威大学和康斯坦茨大学给研究生的课程中演变过来的.特别要指出的是,这本专著旨在达到几个不同的目的.首先,本书综述了统一的表象下的横跨微波到光频频段的频率标准的基本概念,从而可以应用于不同的领域.它包括了从力学、原子物理学、固体物理学、光学和伺服控制方法等方面的选定主题.如果可能的话,对于一些通常被认为是很复杂的主题,例如相对论理论的原理和结论,本书则从简单的物理描述开始介绍,然后再将该主题的论述扩展到所需的水平,以便在本书的范围内对它进行充分理解.其次,本书讨论了常用单元的实现手段,例如振荡器、宏观频率参考和原子频率参考.本书强调的不仅仅是理解其基本原理及应用,还有实际的例子.其中的一些主题可能让更专业的读者感兴趣.在这种情况下,为了简明起见,本书向读者提供了已评估过的参考文献列表,这些文献描述了该主题的必要细节.第三,本书要为读者提供足够详细的、*重要的频率标准的描述,例如铷钟、氢钟、铯原子钟、离子阱或稳频激光器.对一个频率标准的重要性的判据包括了它对科学和技术在从前、现在和未来的重要影响.除了不断创造纪录的基准时钟之外,我们的兴趣还集中在微小、廉价且易于操作的频率标准,以及在全球导航卫星系统中使用的同步时钟系统.第四,本书介绍了频率标准在当代高科技领域的各种应用,包括基础研究的前沿领域、计量学及探索研究*精确的时钟等.对于频率标准在预测未来更大时间尺度上的技术演变,即使只可能实现非常有限的拓展,这里也会罗列一些可能的发展方向.通过探讨基本原理设定的主要限制,读者将能够理解这里讨论的这些概念,并达到或规避这些极限.*后,除了为学生、工程师和研究人员提供一个参考文献之外,本书还旨在让读者在这样的物理和技术的漫游中获得智力上的乐趣和享受.本书的第１章综述了基本术语,并介绍了时钟发展的简要历史;第２章和第３章介绍了理想的和实际的振荡器的特性;第４章介绍了宏观频率参考的性质,而第５章则对应微观频率参考的性质,即原子和分子频率参考;对于原子和分子频率参考*重要的制备和探询方法在第６章中将进行介绍;第７章至第１０章详述了从微波到光学波段的频率标准的具体例子,强调了它们的特色、不同的工作区域及其主要应用;第１１章描述了测量光学频率时选取的一些原理和方法,它和*快速发展的当前和未来的频率标准直接相关;第１２章讨论了频率标准的一个特定应用时间测量.本书的其余部分用于探讨频率标准的特殊应用和基本极限.我要对所有同事的持续帮助表示感谢,他们给予了有益的讨论,并提供了各种信息和图表. 我非常感谢WileyＧVCH 团队的耐心和帮助,感谢Hildegard持之以恒的鼓励,并帮助我修改图和参考文献.我特别感谢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,他们分别仔细地阅读了一部分手稿.但是,对于本书中的任何缺陷,或者在特定主题上可能需要更多的耐心和努力才能被理解的情况,这些同事不负有任何责任.此外,与任何频率标准一样,反馈是必要的,并且非常欢迎读者们一起来消除错误,或提出更好的建议,以便造福未来的读者.
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