對全球貿(mào)易、交通和絕大多數(shù)科技領(lǐng)域來說,準(zhǔn)確的時間頻率測量的貢獻(xiàn)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(shí)現(xiàn)全世界數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)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(yán)格的限制.當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)將與上述的所有方面以及許多其他領(lǐng)域的發(fā)展密切聯(lián)系起來.這些領(lǐng)域的快速發(fā)展以驚人的速度產(chǎn)生了新的知識和認(rèn)知,本書致力于介紹頻率標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)知識和相關(guān)應(yīng)用.其中大部分和頻率標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)的材料散落在電子工程、物理學(xué)、計(jì)量學(xué)、天文學(xué)等領(lǐng)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(guān)注于特定子領(lǐng)域的特定應(yīng)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(wù),它針對的是對于這個快速發(fā)展的領(lǐng)域希望有一般性或介紹性了解的研究生、工程師或物理學(xué)家.本書是從作者在漢諾威大學(xué)和康斯坦茨大學(xué)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(dá)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(biāo)準(zhǔn)的基本概念,從而可以應(yīng)用于不同的領(lǐng)域.它包括了從力學(xué)、原子物理學(xué)、固體物理學(xué)、光學(xué)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(rèn)為是很復(fù)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(kuò)展到所需的水平,以便在本書的范圍內(nèi)對它進(jìn)行充分理解.其次,本書討論了常用單元的實(shí)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(qiáng)調(diào)的不僅僅是理解其基本原理及應(yīng)用,還有實(shí)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(xiàn)列表,這些文獻(xiàn)描述了該主題的必要細(xì)節(jié).第三,本書要為讀者提供足夠詳細(xì)的、*重要的頻率標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的重要性的判據(jù)包括了它對科學(xué)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(jì)錄的基準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn),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(biāo)準(zhǔn)在當(dāng)代高科技領(lǐng)域的各種應(yīng)用,包括基礎(chǔ)研究的前沿領(lǐng)域、計(jì)量學(xué)及探索研究*精確的時鐘等.對于頻率標(biāo)準(zhǔn)在預(yù)測未來更大時間尺度上的技術(shù)演變,即使只可能實(shí)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(shè)定的主要限制,讀者將能夠理解這里討論的這些概念,并達(dá)到或規(guī)避這些極限.*后,除了為學(xué)生、工程師和研究人員提供一個參考文獻(xiàn)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?dú)v史;第２章和第３章介紹了理想的和實(shí)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(yīng)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(jìn)行介紹;第７章至第１０章詳述了從微波到光學(xué)波段的頻率標(biāo)準(zhǔn)的具體例子,強(qiáng)調(diào)了它們的特色、不同的工作區(qū)域及其主要應(yīng)用;第１１章描述了測量光學(xué)頻率時選取的一些原理和方法,它和*快速發(fā)展的當(dāng)前和未來的頻率標(biāo)準(zhǔn)直接相關(guān);第１２章討論了頻率標(biāo)準(zhǔn)的一個特定應(yīng)用時間測量.本書的其余部分用于探討頻率標(biāo)準(zhǔn)的特殊應(yīng)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(tuán)隊(duì)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(xiàn).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(xì)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(fù)有任何責(zé)任.此外,與任何頻率標(biāo)準(zhǔn)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.