Abstract
由於銫原子(133Cs)本身之超精細結構，我們利用其中兩個能階之間的躍遷頻率(9,192,631,770 Hz)作為測量頻率標準的依據。利用微波共振腔的時變磁場來激發銫原子由低能階(F=3, mF=0)躍遷至高能階(F=4, mF=0)。 本研究的重點在於發展完成TE011模之圓柱型共振腔，其共振頻率和銫原子躍遷頻率之偏差小於100KHz以減少銫原子鐘之量測誤差。另一方面在理論上建立非線性分析模型以了解共振腔特性對銫原子鐘量測之影響，另外亦分析原子溫度之效應。因無氧銅之電阻低，所以被選為共振 腔之材料，可提高品質因子，再經鏡面處理，可進一步提高品值因子，可有效儲存電磁場，以此模式之時變磁場來激發銫原子，而高能階之銫原子數目即為信號強度。我們希望信號強度為極大，而頻寬要窄，所以用噴泉式設計使銫原子通過共振腔兩次，形成干涉現像，可使頻寬變窄。而微波強度並非越大越好，要視原子在共振腔內之時間而定，銫原子速度越大，則在共振腔內之時間對在兩磁場間之時間比越小，則頻寬變窄，但銫原子被激發之時間變小，依測不準原理，頻寬會變大，所以實際測量到之頻率並非銫原子之躍遷頻率，其誤差和銫原子被激發之時間成反比。只要共振腔之共振頻率和銫原子之躍遷頻率之誤差在20000Hz以內，則精準度可在0.2Hz以內。溫度會影響躍遷機率，使躍遷頻率附近之 躍遷機率平均掉，使極小值升高。提高共振腔品值因子之目的為增加銫原子吸收的能量。借由銫原子鐘可作為頻率和時間之測量標準。