銫原子鐘的工作過程

銫原子鐘又被人們形象的稱作“噴泉鐘”，因為銫原子鐘的工作過程是銫原子象噴泉一樣的“升降”。這一運動使得頻率的計算更加精確。圖1詳細的描繪了銫原子鐘工作的整個過程。這個過程可以分割為四個階段：
第一階段：
由銫原子組成的氣體，被引入到時鐘的真空室中，用6束相互垂直的紅外線雷射（黃線）照射銫原子氣，使之相互靠近而呈球狀，同時雷射減慢了原子的運動速度並將其冷卻到接近絕對零度。

第二階段：
兩束垂直的雷射輕輕地將這個銫原子氣球向上舉起，形成“噴泉”式的運動，然後關閉所有的雷射器。這個很小的推力將使銫原子氣球向上舉起約1m高，穿過一個充滿微波的微波腔，這時銫原子從微波中吸收了足夠能量。銫原子氣被引入到真空室中後，氣體的溫度降低，接近於絕對零度，並且呈現圓球狀氣體雲。 2束雷射將“氣球”推向上方 在重力的作用下，氣球開始向下墜落，並再次穿過微波腔。同時微波部分地改變了銫原子的原子狀態。

第三階段：
在地心引力的作用下，銫原子氣球開始向下落，再次穿過微波腔，並將所吸收的能量全部釋放出來。當在微波腔中發生狀態改變的銫原子與雷射束再次發生作用時就會放射出光能。同時，一個探測器（右）對這一螢光柱進行測量。整個過程被多次重複，直到達到出現最大數目的銫原子螢光柱。這一點定義了用來確定秒的銫原子的天然共振頻率。

第四階段：
在微波腔的出口處，另一束雷射射向銫原子氣，探測器將對輻射出的螢光的強度進行測量。
上述過程將多次重複進行，而每一次微波腔中的頻率都不相同。由此可以得到一個確定頻率的微波，使大部分銫原子的能量狀態發生相應改變。這個頻率就是銫原子的天然共振頻率，或確定秒長的頻率。銫原子鐘的工作過程。