冯克明

Fouad G. Major 率先将离子场约束应用于微波光谱学。1969年，他首次观测到被捕获的汞离子中的微波共振，作为美国宇航局实验室航天器原子钟的参考。1970年获得美国宇航局“阿波罗成就奖”，并担任法国奥赛钟表原子实验室的客座研究员。 ----- 【译者】杨仁福，2007年中国科学院物理研究所博士毕业，德国德累斯顿工业大学强磁场研究中心（2007年）和美国加州大学伯克利分校物理系（2013年-2014年）访问学者。北京量子信息科学研究院首席研究员（PI），西安交通大学兼职教授。长期从事原子钟相关技术研究，主持或核心参与的原子钟包括：CPT原子钟、汞离子微波钟、钙原子光钟、氢原子钟（星载、地面）、铯原子钟等，相关产品应用于“北斗”“天宫”“陆态网”等国家重大工程。获国家国防科技进步一等奖（2017年）、中国航天科工集团科技进步一等奖（2018年）、中国航天基金会奖（2018年）、中国专利金奖（2019年）、联合国WIPO奖（2019年）等，已主持各类国家科研课题15项，发表学术论文40余篇，授权专利15项。

《原子钟原理与应用（第2版）》全面系统地介绍了原子钟的相关知识。首先描述了时间计量的历史及各种计时方法；深入浅出地讲解了原子钟相关的振荡理论、振荡器技术、原子量子理论、磁共振以及激光和激光冷却等知识点；然后再阐述了各类原子钟（铷原子钟、铯原子钟、氢原子脉泽、氨分子脉泽、汞离子钟、喷泉钟、光钟等）的实现过程；最后给出了原子钟在卫星导航系统和基础物理领域中的应用场景。 《原子钟原理与应用（第2版）》适用于原子钟相关领域的科研人员、工程技术人员及管理人员使用，也适合高等院校相关专业学生参考使用。 《原子钟原理与应用（第2版）》既有教科书式的基础物理叙述，又有新成果展示，是非常宝贵的学术资源。 ----- 前言 ----- 本书从1998年第1版出版以来，光频测量技术已得到迅猛发展，期间发明了光学频率梳，使频率精确测试的范围大幅拓展，实现了微波铯原子频标与光钟的直接比对校准。尤其在最近几年，频率和时间精密测试领域发展更加迅速，涉及精度提高和频谱拓展的各个技术方向，产生了一系列革命性成果。 激光冷却原子和离子技术，可以通过激光与悬浮于超高真空系统中的粒子长时间相干耦合，得到单离子的超窄共振谱线。这种超前的想法，第一次由Dehmelt等提出，并在实验中观察到这种孤立的囚禁粒子，这也激发本书作者开展汞离子囚禁的相关研究，以及研制下一代空间时间频率标准。基于固态光源的光频信号稳定性和合成技术也迅速发展，带来了光钟频率稳定度的空前进步，也预期新一代高可靠空间光钟的研制成功。 在构建全球卫星导航系统GPS的过程中，原子钟的重要性得到了充分体现，星载原子钟是系统的核心部件，如果没有原子钟，也就不存在GPS。目前GPS在军民领域大量应用，几乎渗透到社会生活的每个领域，深刻影响着人们的日常生活，成为我们文化的一部分。如果星载铯原子钟和星载铷原子钟能保持亚微秒级的时间同步精度，则未来可实现亚米级的GPS定位精度。 与第1版内容相似，本书涉猎范围较广，主题覆盖各类基于量子跃迁的原子钟，以及相关的基本物理学原理。同时作为补充内容，书中第1章也介绍了早期机械钟和石英钟的发展情况。本书重点不在原子钟历史，而只是希望以历史的视角来看待原子钟的发展进程。 本书适于原子钟相关领域的物理学家和工程技术人员使用，书中覆盖了大量原子钟相关主题，同时为了满足非专业技术人员的阅读需求，尽量减少数学公式的使用。书中详细地描述了铷、铯、氢原子钟的设计原理，同时也包含了汞离子微波钟、激光冷却、光抽运、光学黏团、铯喷泉钟等新型原子钟相关内容，以及原子钟频率准确度和频率稳定度的分析方法，其中涉及噪声、共振谱线线型、相对论多普勒效应等内容。书中也讲述了建立在精确时间频率基础上的全球导航系统——罗兰C和GPS，同时介绍了统一场理论的不变性原理和对称性测量，例如，原子精细结构常数长期测定、爱因斯坦等效原理验证等内容。