專利名稱：：使用原子共振器頻率產(chǎn)生的設備、系統(tǒng)及方法
技術領域：
：一些實施方式通常涉及頻率產(chǎn)生的領域，更特別地涉及使用原子共振器的頻率產(chǎn)生。
背景技術：
：當今，高端頻率標準參考具有相對高成本、大尺寸、高功率損耗，等等。諸如但不限于全球定位系統(tǒng)(GPS)和/或便攜GPS系統(tǒng)、蜂窩系統(tǒng)和/或便攜蜂窩電話和/或小尺寸且低成本的蜂窩基站、快速電信系統(tǒng)以及其他高速通信鏈路的設備和/或系統(tǒng)，其使用非常高的調制頻率，的快速部署需要具有小尺寸、低成本及低功率損耗的穩(wěn)定、精確且準確的頻率標準參考。關于這些問題的更多信息能夠在下述參考文獻中找到M.A.Sturza的“使用三個衛(wèi)星和精確時鐘的GPS導航(GPSnavigationUsingThreeSatellitesandaPreciseClock)，，，其在GlobalPositioningSystem,vol.2.Washington,DCInstituteofNavigation,1984，pp.122-132中;J.Murphy禾口Τ.Skidmore的“低成本原子鐘在國家領空和GNSS可用性上的影響(Alow-costatomicclockimpactonthenationalairspaceandGNSSavailability)，，,其在ProceedingsofIONGPS-94;7thInternationalMeetingoftheSatelliteDivisionoftheInstituteofNavigation.SaltlakeCity,UT，1994，pp.1329-1336中；H.Fruehauf的“使用特定的便攜時鐘快速的“控制-P(Y)”GPS信號獲得(Fast"direct-P(Y)"GPSsignalacquisitionusingaspecialportableclock)，，,其在33rdAnnualPreciseTimeandTimeInterval(PTTI)Meeting.LongBeach,CA,2001,pp.359—369中；禾口/或J.A.Kusters禾口C.A.Adams的“通信S；立占時間f示7隹白勺個生能需(Performancerequirementsofcommunicationbasestationtimestandards)”，RFdesign，28-38(1999)，其全部公開在此通過引用被并入。一方面，石英晶體振蕩器是最常使用的本機頻率標準，但是在許多情況下不夠準確，具有長期頻率漂移、大尺寸和高功率損耗以及相對高成本，在高性能石英晶體振蕩器的情況下，這些缺點妨礙它們適合于上面的應用。另一方面，基于銣(Rb)或銫(Cs)氣體的原子鐘是高度準確的，并且其有高度的長期頻率穩(wěn)定性。然而，基于氣體的原子鐘具有大尺寸、高功率損耗以及高制造成本。第7142066號美國專利描述包括能夠表現(xiàn)超精細躍遷的實質上孤立的粒子的原子鐘。時鐘的調準設備可確立粒子的旋轉的占主導地位的方向。該時鐘可包括激發(fā)設備，以在固定的時間間隔通過激發(fā)粒子促使粒子經(jīng)歷超精細躍遷。時鐘的檢測設備可檢測粒子的超精細躍遷。第7030704號美國專利描述從固體中的順磁性離子的超精細頻譜獲得參考頻率的頻率標準
發(fā)明內容一些實施方式包括，例如，使用固態(tài)原子共振器的頻率產(chǎn)生的設備、系統(tǒng)和方法。在一些實施方式中，一種設備包括反饋電路，其根據(jù)由固態(tài)原子共振器模塊所提供的輸入信號提供信號以控制受控振蕩器；受控振蕩器，其根據(jù)輸入信號產(chǎn)生到倍頻器的輸出頻率；倍頻器，其產(chǎn)生帶有與輸入信號的頻率有關的頻率的輸出微波信號；固態(tài)原子共振器模塊，其具有能夠表現(xiàn)超精細躍遷的色心，該固態(tài)原子共振器模塊從倍頻器接收微波信號，并且產(chǎn)生與微波信號的頻率和色心的超精細共振頻率的頻率之間的頻率差有關的輸出信號，以及輸出頻率，其與微波信號的頻率有關。在一些實施方式中，固態(tài)原子共振器包括光源，其將光照射在偏振控制器上；偏振控制器，所述光通過所述偏振控制器，且所述偏振控制器將所述光照射在光學衰減器上；光學衰減器，所述光通過所述光學衰減器，且所述光學衰減器將所述光照射在濾光器上；濾光器，所述光通過所述濾光器，且所述濾光器將所述光照射在固態(tài)原子共振器上；固態(tài)原子共振器，所述光通過所述固態(tài)原子共振器，且所述固態(tài)原子共振器將光照射在濾光器上；濾光器，所述光通過所述濾光器，且所述濾光器將光照射在產(chǎn)生所述原子共振器模塊的輸出信號的光電檢測器上；光學諧振腔，其包圍所述原子共振器；微波諧振腔，其包圍所述原子共振器；微波元件，其接收輸入微波信號并且在所述固態(tài)原子共振器上發(fā)射輸出微波電磁波；磁屏蔽，其包圍所述原子共振器。在一些實施方式中，色心是金剛石中的氮空位色心。在一些實施方式中，固態(tài)原子共振器包括，由氮空位色心嵌入的金剛石晶體。在一些實施方式中，固態(tài)原子共振器包括，由氮空位色心嵌入的金剛石納米晶體。在一些實施方式中，光學諧振腔包括，一組不同光折射率的交替平行薄膜。在一些實施方式中，光學諧振腔包括，一組位于光子晶體結構中的不同光折射率元件。在一些實施方式中，固態(tài)原子共振器包括微波調制光源，其接收輸入微波信號并且產(chǎn)生由所述輸入微波信號調制的輸出光；所述被調制的光源將光照射在偏振控制器上；偏振控制器，所述光通過所述偏振控制器，且所述偏振控制器將所述光照射在光學衰減器上；光學衰減器，所述光通過所述光學衰減器，且所述光學衰減器將所述光照射在濾光器上；濾光器，所述光通過所述濾光器，且所述濾光器將所述光照射在固態(tài)原子共振器上；固態(tài)原子共振器，所述光通過所述固態(tài)原子共振器，且所述固態(tài)原子共振器將所述光照射在濾光器上；濾光器，所述光通過所述濾光器，且所述濾光器將所述光照射在產(chǎn)生所述原子共振器模塊的輸出信號的光電檢測器上；光學諧振腔，其包圍所述原子共振器；磁屏蔽，其包圍所述原子共振器。在一些實施方式中，固態(tài)原子共振器包括，色心是金剛石中的氮空位色心。在一些實施方式中，固態(tài)原子共振器包括，由氮空位色心嵌入的金剛石晶體。在一些實施方式中，固態(tài)原子共振器包括，由氮空位色心嵌入的金剛石納米晶體。在一些實施方式中，光學諧振腔包括，一組不同光折射率的交替平行薄膜。在一些實施方式中，光學諧振腔包括，一組位于光子晶體結構中的不同光折射率元件。在一些實施方式中，一種用于獲得頻率參考的方法包括如下的活動產(chǎn)生微波信號；將微波信號的頻率與在固體材料中的色心的超精細分裂的共振頻率的頻率相比較；將微波頻率調整到色心共振頻率；改變微波頻率的比例成所需頻率，以及輸出改變比例的頻率，由此輸出頻率指的是色心共振頻率的頻率。在一些實施方式中，一種系統(tǒng)大體上包括輸入和輸出單元；中央處理單元；存儲器單元；電子電路；時鐘獲得算法；固態(tài)原子鐘，其包括將微波頻率信號的設備耦合到色心共振的共振、氮空位色心原子共振器、改變頻率的比例電子電路。在一些實施方式中，設備被集成在單個半導體基底上。在一些實施方式中，頻率的系統(tǒng)，其中整個系統(tǒng)被集成在單個半導體基底上。一些實施方式可提供其它的和/或附加的益處和/或優(yōu)勢。為了說明的簡單且清楚，在圖中所示的元件不必按比例繪制。例如，為了顯示的清楚，一些元件的尺寸可相對于其它元件被夸大。此外，參考數(shù)字在圖之中可被重復以指示相應的或相似的元件。附圖在下面列出。圖1示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的固態(tài)原子鐘(SSAT)。圖2a和2b是根據(jù)一些實施方式的超精細分裂的示意性能級圖。圖3a、3b及3c示意性地示出根據(jù)一些實施方式的描繪超精細分裂的強度對頻譜的曲線圖。圖4示意性地示出根據(jù)一個論證性實施方式的固態(tài)原子共振器模塊。圖5示意性地示出根據(jù)另一論證性實施方式的固態(tài)原子共振器模塊。圖6示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的嵌入NV中心的光學諧振腔。圖7a示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的NV色心的能量圖。圖7b示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的金剛石中的NV中心結構。圖8a示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的包括固態(tài)原子鐘的芯片。圖8b示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的由原子共振獲得頻率參考標準的主要方法。圖8c示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的利用固態(tài)原子鐘的通用電子模塊和/或系統(tǒng)。圖9a示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的GPS接收器。圖9b示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的蜂窩基站。圖9c示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的安全通信系統(tǒng)。圖IOa示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的蜂窩定位系統(tǒng)。圖IOb示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議TV(IPTV)系統(tǒng)。圖IOc示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的跳躍無線電系統(tǒng)。圖Ila示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的通信站。圖lib示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的帶有定位系統(tǒng)的蜂窩手機接收ο圖Ilc示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的帶有保持(holdover)系統(tǒng)的蜂窩手機接收器。圖12a示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的突發(fā)無線電通信系統(tǒng)。圖12b示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的敵我識別(IFF)模塊。圖12c示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的測量模塊和/或測量系統(tǒng)。圖13a示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的時間服務器。圖13b示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的精確網(wǎng)絡分析器系統(tǒng)。圖13c示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的計費系統(tǒng)。圖14a示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的雷達系統(tǒng)。圖14b示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的時間服務器。圖14c示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的聲納系統(tǒng)。具體實施例方式在下述詳細描述中，為了提供對一些實施方式的全面理解，提出大量的具體細節(jié)。然而，本領域中的技術人員將理解的是，一些實施方式可被實踐而沒有這些具體細節(jié)。在其他情況下，不詳細地描述眾所周知的方法、步驟、組件、單元、和/或電路以免使討論難理解。除非以別的方式具體地說明，正如從下述討論清晰可見的，意識到的是，遍及說明書利用術語諸如“處理”、“計算(computing)”、“計算(calculating)”、“確定”、或者類似術語的討論，指的是計算機或計算系統(tǒng)、或者類似電子計算設備的活動和/或處理，其將被表示為在計算系統(tǒng)的寄存器和/或存儲器內的物理諸如電子量的數(shù)據(jù)操縱和/或變換成類似地被表示為在計算系統(tǒng)的存儲器、寄存器或者其他這樣的信息存儲、傳輸或顯示的設備內的物理量的其他數(shù)據(jù)。另外，遍及說明書可使用術語“多個”以描述兩個或多個組件、設備、元件、參量，等等。應當理解的是，一些實施方式可被用在多種應用中。盡管在這方面，本發(fā)明的實施方式是不受限制的，在此所公開的一種或多種方法、設備、和/或系統(tǒng)可被用在許多應用，例如，民用應用、軍用應用、或者任何其他的適當應用中。頻率標準需要物理頻率共振作為頻率參考。該共振應具有長期頻率穩(wěn)定性、低成本、小尺寸及低功率損耗。用于頻率的最常見共振是純原子晶體(例如石英晶體)的機械共振和/或通過在原子、離子及分子中(例如在Rb和Cs中)的量子態(tài)之間的躍遷。在大多數(shù)這種相應于光頻率的躍遷中，其使得躍遷難于耦合到電信號，或者在其他情況下頻率差過低以至于不允許高頻準確性。一般而言，頻率源被分成兩類晶體振蕩器和原子鐘。晶體振蕩器基于石英晶體的機械共振。這種振蕩器具有非常差的溫度穩(wěn)定性。晶體振蕩器從帶有非常低的頻率穩(wěn)定性和準確性的自激振蕩器變化成帶有相當好的短期頻率準確性和穩(wěn)定性的爐溫控晶體振蕩器(OCXO)(仍小于原子鐘的頻率準確性和穩(wěn)定性)。然而，即使OCXO具有好的短期頻率穩(wěn)定性，其長期頻率穩(wěn)定性還是差的(在長時間周期一幾天、幾星期或幾個月一之上，其頻率將漂移)。而且，它們具有高功率損耗和/或大尺寸。晶體振蕩器的另一缺點是共振器的低制造產(chǎn)量。通常，共振器是石英晶體的精確切片，晶體的切割應當非常準確并且沿著石英晶體的特定方向。該過程的復雜性非常高，并且任何偏差將導致共振頻率中的誤差。因此，對于這種振蕩器的產(chǎn)量低，而作為結果制造成本高。此外，晶體振蕩器不能夠被完全集成在硅基底和/或電子集成電路上?；跉怏w的原子鐘基于在氣相的Rb或Cs原子中的原子能量躍遷。這些類型的原子鐘使用原子能級以產(chǎn)生長期穩(wěn)定且高度準確的頻率輸出。典型地，基于氣體的原子鐘使用氣態(tài)的Rb或Cs原子的超精細能級分裂作為頻率共振。傳統(tǒng)的原子鐘是昂貴的、大的并且需要高功率損耗。這些特性阻礙原子鐘成為日用品。即使能夠實現(xiàn)小尺寸的原子鐘，其仍要忍受在此描述的缺點，該技術至今未成熟。基于氣體的原子鐘包括原子共振器，其包括充滿銣-87或銫-133原子的蒸汽的小室。這些原子具有非常準確且穩(wěn)定的超精細基態(tài)能量分裂。因此，準確且穩(wěn)定的頻率信號可通過將外部電磁場耦合到該能級分裂產(chǎn)生。這類基于氣體的原子鐘可具有非常高的長期頻率準確性，可是非?？煽康?，并且作為可用的最準確的商品化原子鐘已經(jīng)超過六十年了。然而，基于氣體的原子鐘忍受下述的缺點高功率損耗；高成本；大尺寸；對于G-震動(G-shock)相對高的敏感性；長預熱時間；小室應被加熱至恒定的工作溫度，并且對于裝配和制造是非常復雜的。此外，晶體振蕩器不能夠完全集成在硅基底和/或電子集成電路上。這些缺點妨礙基于氣體的原子鐘變成小的并集成到便攜的且低成本的應用中。通過施加電磁光和微波RF場的雙共振技術的一些原子共振器可被實現(xiàn)用于超精細躍遷的控制，例如如下面所描述的。帶有超精細基能級分裂F4的銣或銫在圖2a和圖2b中被顯示。帶有相應于從基能級F4到受激能級P的躍遷的頻率ω1的光抽運可被用于僅將來自Rb/Cs原子氣體中的F4能態(tài)的電子激發(fā)到受激態(tài)P。在受激能級P中的受激電子被均勻地放松(relaxed)到F4和F3兩個態(tài)。然而，只有來自能級F4態(tài)的電子由于光抽運被再次激發(fā)。因此，在穩(wěn)態(tài)中F3態(tài)變成過分地粒子數(shù)增加的，此時對抽運光子的吸收同樣達到穩(wěn)態(tài)。施加帶有等于F4態(tài)到F3態(tài)之間的頻率差的頻率的微波RF電磁波，可將F3電子態(tài)轉變成F4態(tài)，其提供更多的電子以吸收光。因此，帶有該特定微波頻率的電磁波導致光吸收的增加，例如，在微波頻率等于超精細躍遷處的抽運光的吸收中呈現(xiàn)在吸收中的傾角。微波頻譜中的該傾角可由光電檢測器檢測。伺服反饋根據(jù)原子躍遷鎖定微波電磁波的頻率，由此以控制振蕩器頻率。通常，在該配置中，氣體小室被放置在微波諧振腔中，并且使受來自諧振腔的一個側面的輻射照射。如在圖2b中所示，在一些原子共振器中使用相干布居俘獲(CPT)技術。在這種情況下，具有兩個和/或多于兩個邊帶的微波所調制的電磁光場可被實現(xiàn)用于超精細躍遷的控制，例如如下面所描述的。如在圖2b中所示，CPT共振可由兩個相干光電磁場感生，所述兩個相干光電磁場分別帶有對應于在原子系統(tǒng)例如在光源中的從Al到E和從A2到E的能量躍遷的頻率ω1和ω2。在分離兩個相干光場的兩個電磁場頻率ω和ω2之間的頻率差，等于在由普朗克常數(shù)h分開的兩個低能級Al和Α2之間的能量差。該光場被施加到原子共振。原子共振器，其具有在兩個能級之間帶有小能量分裂的至少一個低能態(tài)，以及能夠向或從兩個超精細分裂的低能態(tài)Al和A2激發(fā)電子的至少一個高能態(tài)。在所施加的電磁場中的第一頻率分量ω1將電子從低能態(tài)之一Al激發(fā)到高能態(tài)Ε，同時其他頻率分量將電子從另一個低能態(tài)Α2激發(fā)到相同的高能態(tài)Ε。從而，原子共振器從所施加的電磁場的兩個分量中同時吸收能量。當在兩個頻率分量之間的頻率差等于在原子共振器中的兩個低能態(tài)之間的頻率差時，該原子共振器能夠處于兩個低能態(tài)的線性疊加，使得在該量子態(tài)下原子共振器不再與所施加的電磁場相互作用。該量子態(tài)及作為結果的行為被稱為CPT。在該狀態(tài)中，原子共振器表現(xiàn)吸收最小化、或傳輸最大化、或者發(fā)光的最小化，相應地參看圖3a、3b和/或3c。因此，例如當在兩個頻率分量之間的頻率差恰好等于在原子共振器中的兩個低能態(tài)之間的頻率差時。光電檢測器可被用于測量上述量之一的強度。光電檢測器測量信號量，其相應于對于在超精細的能量分裂中的頻率差在兩個頻率ω1、ω2之間的誤差，該誤差信號被反饋到伺服回路，其可被用于調整由光源所產(chǎn)生的兩個頻率分量的頻率差，使得對于在超精細的能量分裂中的頻率差在兩個頻率ω、ω2之間的誤差保持在最大化/最小化，例如如在圖3a、3b和/或3c中所示的。因此，在兩個頻率分量之間的頻率差可被保持在相應于原子共振器的低能態(tài)中的能量分裂中的頻率差的精確值處。頻率標準的精確性和穩(wěn)定性可相應于在原子共振器中的低態(tài)的能量中的分裂之間的差的精確性和穩(wěn)定性。圖1示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的SSAC。在一些非限制性的實施方式中，圖1的SSAC100可執(zhí)行圖9-14中的一個或多個的SSAC的功能。用于獲得頻率參考的方法，通過由帶有相應于量子態(tài)的共振416的頻率的受控振蕩器411產(chǎn)生微波信號413實現(xiàn)，將微波信號的頻率與固態(tài)介質中色心的超精細分裂的共振頻率416相比較418，比較器418的輸出信號410被用于將微波頻率調整到色心共振頻率的頻率416并改變微波頻率的比例414調整到所需頻率，并且輸出改變比例的頻率415，由此輸出頻率指的是色心共振頻率的頻率。如在圖8b中所示的。SSAC可包括受控振蕩器102、倍頻器104、固態(tài)原子共振器、和/或反饋電路101，例如如在下面詳細描述的。受控振蕩器102是頻率振蕩發(fā)生器，其能夠根據(jù)作為輸入的所提供的受控信號改變其輸出頻率。受控振蕩器102的頻率輸出可被相乘、耦合、并鎖定到固態(tài)共振器的頻率共振或能量共振。因此，可獲得高度精確且穩(wěn)定的頻率輸出。倍頻器104是電子設備或電路，其能夠得到低頻的輸入信號，并且產(chǎn)生較高頻率的輸出信號。輸出頻率值等于輸入頻率與在倍頻器104設定的數(shù)字因數(shù)相乘的值。圖1中的倍頻器104從受控振蕩器102得到相對低的頻率作為輸入，并且產(chǎn)生帶有相應于共振器共振頻率的頻率的信號作為輸出。該頻率可例如經(jīng)由光和/或微波信號發(fā)射器被饋送和/或耦合到共振器模塊。共振器模塊使用要被用作頻率參考的原子共振。其可接收倍頻器104的輸出作為輸入，并且產(chǎn)生與在共振器原子共振的內部共振頻率和倍頻器輸出頻率107之間的差成比例的輸出誤差信號。反饋電路101可接收固態(tài)共振器模塊103的輸出誤差信號106作為輸入，并且產(chǎn)生到受控振蕩器102的誤差校正信號105。受控振蕩器102使用該誤差信號以校正其輸出頻率108、109，例如，為了減少在倍頻器104的輸出頻率107和固態(tài)共振器219的共振頻率之間的誤差。相應地，輸出頻率108可被鎖定到固態(tài)原子共振器219的原子共振頻率。反饋電路101反饋電路101可接收共振器輸出誤差信號作為輸入，并且將其轉變成要被提供到受控振蕩器102模塊的校正信號。原子共振器模塊106的輸出信號可具有在輸出信號水平中的極值，例如，恰好在輸入頻率與原子共振器219的內部共振頻率相等處的頻率值。原子共振器模塊輸出誤差信號106是與所施加的微波信號107的頻率和原子共振器219的內部共振頻率之間的差成比例的。在原子共振器的輸出106處的誤差信號被提供到反饋電路101的輸入，可具有低信噪比。因此，為了從噪聲中提取誤差信號，可使用過濾和/或信號處理的方案。例如，同步檢測方案能夠被用在反饋電路101中，以檢測在噪聲中的非常低的信號并且估計正確的誤差信號。因為SSAC可如同閉環(huán)一樣工作，所以控制系統(tǒng)可被實現(xiàn)，例如作為反饋電路101的一部分和/或作為SSAC任何其他元件的一部分，以實現(xiàn)最大的穩(wěn)定性、最小的輸出頻率噪聲和/或阿倫偏差(Allandeviation)。在一個非限制性的例子中，能夠實現(xiàn)PID控制方案。在一個非限制性的例子中，同步濾波器可被實現(xiàn)用于一個非限制性的例子，AnalogDeviceinc.的AD630，AD633平衡調制器/解調器。PID方案能夠以運算放大器(例如，AnalogDevicesInc.器件號ADTL082)和無源電子組件實現(xiàn)。受控振蕩器102受控振蕩器102可包括頻率振蕩器。受控振蕩器102可從反饋電路101接收輸入信號，并將其轉變成頻率輸出信號，其相應于輸入信號的信號水平?？衫缤ㄟ^高Q因數(shù)電壓受控振蕩器102來實現(xiàn)受控振蕩器102，在一個非限制性的例子中，壓控晶體振蕩器(VCXO)，其可包括基于石英晶體的低頻振蕩器。晶體振蕩可具有非常高的Q因數(shù)和好的短期穩(wěn)定性。然而，其可具有非常差的長期穩(wěn)定性，該非常差的長期穩(wěn)定性表示為隨時間流逝的頻率漂移。這些種類的振蕩器具有輸入控制的電壓，其允許根據(jù)輸入電壓水平來改變輸出頻率。VCXO的輸出頻率可根據(jù)由反饋電路101產(chǎn)生的輸出信號來校正。在一個非限制性的例子中，VCXO可包括VectronInternationalV-800VCX0，或者等效物，例如如由A.Brannon,J.Breitbarth及Z.Popovic的“用于芯片級原子鐘的低功率、低相位噪聲的本機振蕩器(ALow-Power,LowPhaseNoiseLocalOscillatorforChip-ScaleAtomicClocks)IEEEMicrowaveTheoryandTechniquesSymposium,inpress，2005中所描述的，其全部公開在此通過引用被并入。倍頻器104倍頻器104可從VXCO接收頻率輸入，并且將該頻率輸入做乘法以導致輸出頻率等于輸入頻率乘以所需因數(shù)。輸出頻率可實質上等于共振器的頻率共振，例如在此所描述的電磁微波方法的情況下；或者實質上等于該頻率的一半，例如在此所描述的CPT方法的情況下。在一個非限制性的例子中，倍頻器104可使用PLL(鎖相環(huán))、FLL(鎖頻環(huán))、混頻和/或任何其他技術。這些倍頻的方法允許頻率變更，同時保持低相位噪聲。在一個非限制性的例子中，例如如果需要高級頻率處理，那么倍頻器104能夠例如通過DDS(直接數(shù)字式合成器)實現(xiàn)。在一個非限制性的例子中，倍頻器104可使用AnalogDeviceinc.的RFPLL頻率合成器，諸如AD809、ADF4212、ADF4213、ADF4218L、ADF4007或等效物實現(xiàn)。原子共振器模塊103原子共振器模塊103可接收電磁信號的微波頻率作為輸入，如來自倍頻器的輸入107，其可意指實質上等于共振器的內部頻率共振(在CPT情況下，如在此所描述的需要帶有該頻率的一半的信號)。原子共振器可產(chǎn)生輸出誤差信號225，其實質上等于在輸入頻率107和原子共振器的內部共振頻率之間的差，例如如在下面所描述的。在一些實施方式中，固態(tài)原子共振器模塊103可作為雙共振共振器199被實現(xiàn)，其包括下述的元件和/或模塊中的一個或多個，例如如在下面所描述的激發(fā)光源200。·光源功率控制器201。光源波長控制器202。光學處理元件包括光學偏振控制器204、光學衰減器205、和/或光學波長濾波器206。微波放大器222。微波偏振器221。·微波發(fā)射天線220，以依據(jù)量子共振發(fā)射微波電磁輻射。光學諧振腔209。包括具有能級系統(tǒng)的固態(tài)材料的原子共振器元件220，所述能級系統(tǒng)可具有超精細的能量分裂，例如如在此所描述的。光偏振器2O7?！V光器224。光電檢測器226。磁場屏蔽207。在一些實施方式中，固態(tài)原子共振器模塊103可作為CPT共振器299被實現(xiàn)，其包括下述的元件和/或模塊中的一個或多個，例如如在下面所描述的激發(fā)光源300。光源功率控制器301。光源波長控制器302。光學處理元件包括光學偏振器306、光學衰減器307、和/或光學波長濾波器308?！の⒉ㄕ{制器303，其能夠直接調制光源；光學諧振腔311?！ぴ庸舱衿?12元件，其包括具有能級系統(tǒng)的固態(tài)材料，該能級系統(tǒng)可具有超精細的能量分裂，例如如在此所描述的。光偏振器316。濾光器314。光電檢測器315。磁場屏蔽310。固態(tài)共振器219、312在一些實施方式中，固態(tài)共振器可包括固態(tài)材料，其包括在光學諧振腔中的色心，例如如在此所描述的。色心可以是空位，例如在材料矩陣中丟失一個原子的位置，或者與不同于固態(tài)材料矩陣的一個或多個原子元件有關的空位。固態(tài)材料矩陣能夠為單晶的、多晶的、納米晶體的、非晶態(tài)的或者任何其他形式。色心能夠是電中和的或被充電。原子共振器可包括單色心或大量色心整體。色心能夠被隨機分散或排列在固態(tài)材料矩陣中。固態(tài)材料可被放置在光學諧振腔中，如在下面所描述的和/或如在圖6中所示的。色心可具有基能態(tài)中的超精細能量分裂，并且可具有一個或多個較高能級。來自基態(tài)的電子能夠被激發(fā)到這些較高能級之一。超精細的共振分裂能夠由光學檢測的微波輻射激發(fā)或由光學檢測的CPT讀出，例如如在此所描述的?；鶓B(tài)中的電子能夠被相干和/或非相干的光源或者被任何其他的電磁輻射激發(fā)。激發(fā)輻射的光子能量或波長可以是在IR范圍、可見光范圍、或者任何其他的適當光子能量。圖4示意性地示出根據(jù)一個論證性實施方式的基于雙共振的固態(tài)原子共振器模塊199。在一些非限制性實施方式中，圖4的固態(tài)原子共振器可執(zhí)行圖1的SSAC的功能。圖4的固態(tài)原子共振器模塊199可通過雙共振技術實現(xiàn)任何適當?shù)挠糜诠舱窬€的測量的方法。在一個非限制性的例子中，圖4的固態(tài)原子共振器模塊199可通過雙共振技術實現(xiàn)用于取得在色心中的超精細能量分裂的共振線的方法，并且將自激振蕩器102和倍頻器104的微波頻率107耦合到原子共振器103、219中的原子共振。如通過如由T.P.MayerAlegreX.Santori、G.Medeiros-Ribeiro以及R.G.Beausoleil的“金剛石中氮空位中心的偏振-選擇性激發(fā)(Polarization-selectiveexcitationofnitrogenvacancycentersindiamond)”，PhysicalReviewB76,165205(2007)中所描述的技術所描述的，由此其全部公開在此通過引用被并入。可實現(xiàn)帶有波長控制器202、300和功率控制器201、301的光源200、302，以通過線性偏振器204、306、光學衰減器206、307以及濾光器206、308照射固態(tài)共振器219、312，例如如在此所描述的。照射光203、305的波長可以是但不限于在637nm或在532nm處的零聲子線(ZPL)，其能夠將在金剛石中氮空位(NV)中心的基能級3A中的電子激發(fā)到受激能級3E,例如如在下面所描述的。在非限制性的例子中，通過由光源200照射在金剛石中NV中心，或者通過被偏振的637nm的光子或者通過被偏振的532nm的光子，從基能級3A到受激能級3E的子級之一的抽運，由于電子的放松到基態(tài)導致光致發(fā)光，例如如在下面所描述的。放松到3A基能量的ms=O自旋態(tài)的可能性要高得多，結果電子是在穩(wěn)態(tài)的3A基能態(tài)的ms=O自旋態(tài)處的積累。結果，NV中心的光致發(fā)光在穩(wěn)態(tài)上是不變的。帶有等于超精細分裂的頻率的頻率的微波激發(fā)導致電子從基態(tài)的ms=O自旋態(tài)至基態(tài)的ms=±1自旋態(tài)的轉移，當激發(fā)頻率恰好等于如在圖3a和3b中所描述的基態(tài)能量分裂時，其可達到光致發(fā)光和通過的光的傳輸這兩者的極值。該極值被用于由光電檢測器226檢測微波共振并提供與在共振頻率和微波之間的誤差有關的輸出信號106。圖5示意性地示出根據(jù)另一論證性實施方式基于CPT的固態(tài)原子共振器模塊299。在一些非限制性實施方式中，圖5的固態(tài)原子共振器可執(zhí)行圖1的SSAC的功能。圖5的固態(tài)原子共振器模塊299可通過CPT技術實現(xiàn)任何適當?shù)挠糜诠舱窬€的測量的方法。在一個非限制性的例子中，圖5的固態(tài)原子共振器模塊103可通過CPT技術實現(xiàn)用于共振線的測量的方法，CPT技術如但不限于由CharlesSantori等人的“在光激發(fā)下的金剛石中單個自旋的相干布居俘獲(CoherentPopulationTrappingofSingleSpinsinDiamondunderOpticalExcitation)”，Phys.Rev.Lett.97，247401(2006)，禾口/或由CharlesSantori等人的“在零磁場中金剛石N-V中心中的相干布居俘獲(CoherentPopulationtrappingindiamondN-Vcentersatzeromagneticfield)",Vol.14No.17Opt.Exp.(2006)所描述的，其全部公開在此通過引用被并入。帶有兩個相干波長的光源302可通過線性偏振器306、光學衰減器307以及濾光器308照射固態(tài)共振器312，例如如在此所描述的。波長和功率可被控制，使得在兩個相干波長之間的頻率差被調到等于2.88Ghz的基態(tài)分裂。在光源波長中的該頻率差被產(chǎn)生并且被外部微波信號控制，其可被用作SSAC中的頻率參考。照射光的波長可以是但不限于在637nm或在532nm或者在任何其他波長處的ZPL，其能夠將NV中心從基能級3A激發(fā)到受激能級3E的子能級之一，例如如在下面所描述的。在非限制性的例子中，照射金剛石中的NV中心可導致電子從ms=0和ms=±1基子級能態(tài)同時到受激態(tài)3E的激發(fā)。該同時激發(fā)將導致CPT量子態(tài)，并且作為結果，存在作為發(fā)射頻率值的函數(shù)的光致發(fā)光中的傾角或NV中心的傳輸中的尖峰。當來自倍頻器104的微波信號的頻率恰好等于基態(tài)能量分裂的頻率的一半時，出現(xiàn)該極值。因此，控制的微波頻率可被鎖定到超精細共振。光學諧振腔209、311在一些非限制性的例子中，光學諧振腔209、311可包括如由下述的所描述的光學諧振腔209,311,例如K.J.Vahala的“光學微諧振腔(Opticalmicrocavities)”，Nature(London)424,839(2003)；S.Haroche和D.Kleppner的“諧振腔量子電動力學(Cavityquantumelectrodynamics)",PhysicsToday,January1989,pp.24；Y.Yamamoto和R.Slusher的“微諧振腔中的光學處理(Opticalprocessesinmicrocavities)”，PhysicsToday,June1993,pp.66；C.J.Hood、T.W.Lynn、A.C.Doherty>A.S.parkins及H.J.Kimble的“原子諧振腔；和/或顯微鏡由單個光子被約束在軌道中的單個原子(Theatom-cavity；and/ormicroscope:singleatomsboundinorbitbysinglephotons)Science,vol.287，No.25，pp.1447-1453(2000)，由此其全部公開在此通過引用被并入。光學諧振腔209、311可包括“窄波長”多反射諧振腔。在該諧振腔內部，僅帶有與邊界條件和所允許的光學模式匹配的波長的光子被維持。在諧振腔內部產(chǎn)生高強度光學模式。這些模式與固態(tài)共振器219、312的色心連續(xù)地相互作用，以產(chǎn)生較高的量子效率和較窄的吸收和發(fā)射線。在一個非限制性的例子中，光學諧振腔209、311可被實現(xiàn)，例如作為在上面所描述的金剛石材料的一部分。在另一非限制性的例子中，光學諧振腔209、311可被獨立地實現(xiàn)，并且色心可被并入諧振腔。NV中心可包括含有NV中心的微米金剛石微?；蛘呒{米金剛石微粒，或者可被實現(xiàn)為金剛石的實心板的一部分。光學諧振腔可使用法布里-珀羅(FabryPerot)、布拉格(Bragg)鏡或布拉格反射鏡、光子晶體共振器、外部諧振腔、光纖布拉格柵、膜諧振腔、垂直諧振腔、微柱狀垂直諧振腔、外部諧振腔、光纖布拉格柵、膜諧振腔、垂直諧振腔、微柱狀垂直諧振腔、微型盤、回音廊或者任何其他光學諧振腔工具實現(xiàn)，例如如在圖6中所示的。光學諧振腔209、311可以是但不限于一個波長窄帶或者雙帶窄波長，其中一個帶能夠被調到激發(fā)波長，并且另一個帶能夠被調到發(fā)射或發(fā)光波長。光學諧振腔209、311可改進發(fā)射/發(fā)光增益，這改進入射光束與色心的相互作用。光學諧振腔209、311可收窄吸收帶和發(fā)射帶，并且可消除由于壓力和/或其他參數(shù)而排成線的零聲子的移動和加寬。金剛石中NV色心的例子金剛石中NV色心的具體描述能夠在下列中被找到，例如，TorstenGaebel等人的“金剛石中單個自旋的室溫相干耦合(Room-temperaturecoherentcouplingofsinglespinsindiamond)，，NaturePhysics2,408-413(2006)；R.Hanson>0.Gywat及D.D.Awschalom的“金剛石中單個自旋的室溫操縱和去相干(Room-temperaturemanipulationanddecoherenceofasinglespinindiamond)"Phys.Rev.B74,161203(R)(2006)；R.Hanson>F.M.Mendoza、R.J.Epstein及D.D.Awschalom的“金剛石中被耦合的單個自旋的偏振和讀出(PolarizationandReadoutofCoupledSingleSpinsinDiamond)”Phys.Rev.Lett.97，087601(2006)；N.B.Manson>J.P.Harrison及Μ.J.Sellars的“金剛石中的氮空位中心電子結構以及相關聯(lián)的動力學的模型(Nitrogen-vacancycenterindiamond:Modeloftheelectronicstructureandassociateddynamics)”Phys.Rev.B74，103303(2006)；Ph.Tamarat等人的“金剛石中的氮空位中心的受激態(tài)結構(Theexcitedstatestructureofthenitrogen-vacancycenterindiamond)”arXiv:cond_mat/0610357vl13oct2006；T.P.MayerAlegre、A.C.Torrezan、G.Medeiros-Ribeiro的“用于帶有可控制的偏振的微波的微帶狀共振器(Microstripresonatorformicrowaveswithcontrollablepolarization)"Appl.Phys.Lett.91,204103(2007)；T.P.MayerAlegre>C.Santori>G.Medeiros-RibeiroRR.G.Beausoleil的“金剛石中氮空位中心的偏振-選擇性激發(fā)(Polarization-selectiveexcitationofnitrogenvacancycentersindiamond)"Phys.Rev.B76,165205(2007)；A.P.Nizovtsev>S.Ya.Kilin、F.Jelezko、I.Popa、A.Gruber、J.Wrachtrup的“金剛石中的NV中心自旋選擇性感光運動，光基態(tài)自旋的調準以及燒孔(NVcentersindiamond:spin-selectivephotokinetics,opticalground-statespinalignmentandholeburning)"PhysicaB340-342(2003)；和/或J.R.Rabeau等人的“使用15N標記在金剛石中的單個氮空位中^、白勺實現(xiàn)(ImplantationoflabeledsinglenitrogenvacancycentersindiamondUsing15N)"AppliedPhysicalLetters88，023113(2006)，其全部公開在此通過引用被并入。金剛石中的NV中心可包括空位，例如碳原子的缺失，如在圖7b中所示的帶有圍繞空位的六個原子位置之一中的一個氮替代原子。其可以是氮或氮同位素作為在中心處的替代原子。在其負電荷狀態(tài)(NV-)中，該色心具有非常高的光穩(wěn)定性和室溫穩(wěn)定性。其具有自旋三重(S=1)基態(tài)3A和自旋三重(S=1)受激態(tài)3E?；鶓B(tài)具有在子級自旋單態(tài)Sz(ms=0)和自旋雙態(tài)Sx、Sy(ms=士1)之間的非常穩(wěn)定的2.88Ghz的超精細零場分裂，以及亞穩(wěn)定的1A能態(tài)。3A到3E的ZPL躍遷是自旋守恒，并且具有如在圖7a所示的非常強的光躍遷和高量子效率。通過在3A到3E能態(tài)之間的線性偏振光激發(fā)，電子可積累在基能級的ms=0態(tài)，其通過提交光致發(fā)光電子放寬到基ms=0子級的。由于額外的亞穩(wěn)定的能級1A，色心從受激態(tài)3E至ms=0自旋態(tài)3A基能態(tài)的光電發(fā)射躍遷比由于到3A基能態(tài)的ms=士1自旋態(tài)的躍遷的發(fā)射強得多，其具有到ms=0自旋態(tài)3A基能態(tài)的強非輻射性能量躍遷。色心的這兩個性質可允許例如光學地分辨基態(tài)的超精細結構，例如，通過應用帶有實質上恰好等于超精細能量分裂頻率的頻率的微波激發(fā)。該微波輻射可將被抽取的電子從ms=0級激發(fā)到ms=1級，由此導致光致發(fā)光強度的降低。在色心中的3A基態(tài)和3E受激態(tài)之間的ZPL光躍遷具有非常高的量子效率，其允許甚至單個光心的發(fā)光檢測。由于在兩個基能級之間的超精細能量分裂，3A能量基級分裂。較低級具有自旋分裂是2.SSGhz0能量共振能夠通過光學-微波共振或CPT讀取，例如如在上面所解釋的。金剛石具有低聲子密度，并且因此在色心和金剛石中的聲子之間的相互作用是低的?；鶓B(tài)具有電子自旋態(tài)的長去相干時間。相對于其他材料中的色心的共振線，甚至在室溫都能夠檢測出非常尖銳的共振線。NV色心具有從637nm的ZPL到小于450nm的寬吸收帶，NV中心的發(fā)射帶從637nm的ZPL到在637nm至750nm之間的電子振動發(fā)射帶，其能夠被硅光電檢測器輕易地檢測。該吸收和發(fā)射共振線以及吸收和發(fā)射線帶能夠被用于激發(fā)和測量色心的光致發(fā)光。金剛石是高度穩(wěn)定的材料，并且是帶有在可見光譜中的寬透明窗的寬帶隙半導體材料。其為非常好的熱導體，并且可以為非常好的絕緣體或例如以摻雜為依據(jù)的良導體。圖7a示意性地示出NV色心的能級圖。圖7b示意性地示出金剛石晶格中的NV中心結構。灰色球體代表在金剛石晶格中的碳原子，“N”球體代表氮原子，并且“V”球體代表在金剛石晶格中原子缺失的空位。在金剛石(DIAMOND)中NV色心的形成和制造被描述，例如，在第4880613號美國專利中；和/或在J.R.Rabeau等人的“使用15N標記在金剛石中的單個氮空位中心的實β(Implantationoflabeledsinglenitrogenvacancycentersindiamondusing15N)"AppliedPhysicalLetters88,023113(2006)中，其全部公開在此通過引用被并入。在類型IIa和類型Ib兩者中的天然金剛石中，能夠發(fā)現(xiàn)帶有不同濃度的NV色心。為了產(chǎn)生帶有受控濃度和色散的在金剛石中的NV色心，通常帶有從非常低水平直到非常高水平的氮含量的類型IIa或類型Ib的天然或人工金剛石可通過中子、電子或離子輻射，其在金剛石晶格中產(chǎn)生空位。以在600至1100攝氏度的溫度中退火為根據(jù)，這些空位緩解氮位置以產(chǎn)生色心，例如如在圖7b中所示的。在一些非限制性的例子中，在此所描述的SSAC能夠，例如，作為例如包括SSAC的所有組件的離散組件被集成。如在圖8a中所示，在一個非限制性的例子中，在此所描述的原子鐘可作為芯片級的原子鐘402被實現(xiàn)。例如，原子鐘可作為半導體芯片400的一部分被集成。半導體芯片可包括如集成電路401的整套電子電路，例如包括光電檢測器405和/或原子鐘的光源403。原子鐘的原子共振器404可作為基底400中的一部分被實現(xiàn)，或者被插在基底的頂部上。在此所描述的色心SSAT可具有下述的例如與基于氣體的原子鐘，例如是基于Rb/Cs氣體的原子鐘，相比較的優(yōu)勢中的至少一個或多個1.無毒的、易揮發(fā)的或者其他無危險的材料被用在固態(tài)共振器中。2.SSAC可不需要共振器的不斷的加熱，并且因此可具有例如與基于氣體小室的原子鐘相比的較低功率損耗，所述基于氣體小室的原子鐘為了達到適合工作的范圍必須始終被加熱，這導致較高的功率損耗。3.在SSAC中的共振介質可包括有尺寸小于一平方毫米的固態(tài)材料。例如與具有非常復雜的制造工藝的氣體小室相比，這種共振器的制造成本非常低。4.光激發(fā)波長具有例如從630nm到小于450nm的寬范圍。這可允許通過低成本固態(tài)VIS光源的光源的實現(xiàn)。5.熒光波長具有例如從630nm到多于700nm的寬范圍，其可允許使用低成本的硅光電檢測器。6.小尺寸——SSAC共振器可包括由色心嵌入的固體晶體，其中色心的尺寸可為幾納米，使得例如在一平方毫米中能夠找到多達10個色心。因此，共振器的尺寸可以是小于1微米厚度。7.G力耐久性——對于G力，氣體天然地比固體更加敏感。將G力施加到氣體導致產(chǎn)生同種氣體密度的氣體壓縮。因此，通過氣體的光會經(jīng)歷不同的原子密度，這導致在該發(fā)作期間的強烈不穩(wěn)定性。該不穩(wěn)定性導致在輸出頻率信號中的不穩(wěn)定性。8.衰變——在例如基于金剛石的固態(tài)原子鐘中的SSAC中的衰變，與基于氣體的原子鐘相比可是明顯較小的。由于從小室壁、粘合性及擴散殘余氣體分子的釋放，原子氣體小室遭受衰變。因此，氣體混合物的純度在工作期間被降低，并且作為結果原子鐘的性能降低。另一方面，SSAC可基于金剛石，例如如在上面所描述的，其是最穩(wěn)定的材料之一。9.沒有與銣標準相關聯(lián)的消耗現(xiàn)象。10.例如與基于氣體的原子鐘的長預熱時間相比，有非常短的預熱時間。11.低功率損耗——在氣體共振器中，氣體小室必須被連續(xù)加熱以便實現(xiàn)正確的工作，其導致高功率損耗。這在此處所描述的SSAC共振器中可是不需要的。附加地或可供選擇地，在此所描述的色心SSAC可具有至少一個或者多個下述的優(yōu)勢在其中嵌入色心的材料具有寬光透明性。因此，色心能夠通過光學裝置定址。色心的量子態(tài)能夠被光學地準備，和/或在此所描述的色心SSAC的讀出可具有對電子噪聲的程度被減少的敏感性。附加地或可供選擇地，例如與OCXO(爐溫控晶體振蕩器)時鐘，例如VectronTC-140溫度補償石英晶體振蕩器相比，在此所描述的色心SSAC可具有至少一個或多個下述的優(yōu)勢1.比OCXO的溫度穩(wěn)定性更高的溫度穩(wěn)定性。2.改進的長期頻率穩(wěn)定性(經(jīng)過長時間周期_幾天、幾周或幾個月_其頻率將在周圍漂移)。3.較低功率損耗。4.較小尺寸。5.較低成本——OCXO具有共振器的低制造產(chǎn)量。6.在所施加的外部加速度下的G震動，石英晶體受到牛頓力。該力將改變石英晶體并使石英晶體變形，這是因為在直接來源于晶體的物理尺寸的輸出頻率中的誤差中的結果將發(fā)生。7.衰變——長期形變，在內部壓力和質量擴散中的改變導致OCXO共振器的共振頻率的改變。8.短預熱時間。一些實施方式可包括原子鐘頻率發(fā)生器(“固態(tài)原子鐘(SSAC)”)，以產(chǎn)生例如基于固態(tài)材料中的原子共振的準確和/或穩(wěn)定的輸出頻率，例如如在下面所描述的。SSAC可作為任何適當?shù)脑O備、模塊、元件和/或系統(tǒng)的一部分被實現(xiàn)，例如如在下面所描述的。利用頻率標準SSAC的通用電子模塊和/或系統(tǒng)被示意性地示出在圖8c中。模塊和/或系統(tǒng)包括接收輸入數(shù)據(jù)的輸入電路、發(fā)射輸出數(shù)據(jù)的輸出電路、中央處理單元(CPU)、存儲器單元、RF電路、模擬和/或數(shù)字電路以及固態(tài)原子鐘。該電子模塊和/系統(tǒng)能夠起完全或部分地實現(xiàn)在下面所描述的應用中的每一個的作用。圖9a示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的全球定位系統(tǒng)(GPS)。全球定位系統(tǒng)可需要非常高的時鐘準確性以便獲得系統(tǒng)位置。該準確的頻率能夠由高度準確的本機振蕩器或頻率標準或SSAC存儲、提供，或者從GPS衛(wèi)星之一取回；然而其不能免于人為干擾和其他干擾，因此需要高度準確的本機振蕩器或頻率標準以便保持參考頻率并且改進接收器的同步。在便攜的抗人為干擾GPS應用中需要小尺寸、低功率損耗以及低成本的頻率參考。這種高度準確性、小尺寸、低功率損耗以及低成本的本機頻率參考振蕩器或者頻率標準能夠由SSAC來實現(xiàn)，例如如在此所描述的。圖9b示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的蜂窩基站。蜂窩基站可使用例如但不限于在基站之間的蜂窩手機的保持的頻率標準。而且，現(xiàn)代的基站回程可基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)回程，其需要遍及網(wǎng)絡維持高服務水平保證精確的頻率分布。在移動網(wǎng)絡中聲音、視頻以及數(shù)據(jù)的傳輸需要穩(wěn)定且精確的頻率參考，并且對于在基站之間的成功呼叫信號切換精確的頻率同步是關鍵性的。用于維持這種穩(wěn)定且精確的頻率參考的一種可能的解決方案是通過使用SSAC，例如如在此所描述的。圖9c示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的安全通信系統(tǒng)。其能夠使用，但不限于，例如用于安全通信的“時間序列碼獲得”或者用于基于精確時序的安全通信的任何其他方法。安全通信系統(tǒng)可使用非常準確的頻率用于信息和通信的加密。用于維持這種穩(wěn)定且精確的頻率參考的一種可能的解決方案是通過使用SSAC，例如如在此所描述的。圖IOa示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的蜂窩定位系統(tǒng)。蜂窩定位系統(tǒng)可使用高度準確的頻率以通過測量在基站和蜂窩接收器之間的電磁脈沖的達到時間(TOA)確定在蜂窩接收器和蜂窩基站之間的距離。用于維持這種穩(wěn)定且精確的頻率參考的一種可能的解決方案是通過使用SSAC，例如如在此所描述的。圖IOb示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議TV(IPTV)系統(tǒng)。IPTV廣播基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)回程，其維持高服務水平保證，因此需要遍及網(wǎng)絡的精確的頻率分布。在IP網(wǎng)絡中視頻和數(shù)據(jù)的傳輸需要穩(wěn)定且精確的頻率參考，并且對于在服務和網(wǎng)絡交換中以及在最終用戶系統(tǒng)上的視頻信號的成功時序重構，精確的頻率同步是關鍵性的。用于維持這種穩(wěn)定且精確的頻率參考的一種可能的解決方案是通過使用例如如在此所描述的。圖IOc示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的擴展頻譜的跳躍無線電通信系統(tǒng)。非?？斓念l率跳躍無線電通信可包括任何適當?shù)臒o線電通信系統(tǒng)，其通過在不同頻率之間跳躍在頻率的寬帶上發(fā)送數(shù)據(jù)。在非?？斓念l率跳躍無線電通信中，無線電接收器和發(fā)射器應在長時間周期被頻率同步，而沒有在兩個無線電系統(tǒng)之間的積極地同步。這樣的無線電系統(tǒng)可以是軍用無線電、民用無線電、無線無線電通信、蜂窩通信、WiMax、WiFi、擴頻通信或者任何其他的跳躍無線電通信。用于維持這種穩(wěn)定且精確的頻率參考的一種可能的解決方案是通過使用SSAC，例如如在此所描述的。圖Ila示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的通信站。通信網(wǎng)絡需要維持遍及網(wǎng)絡的精確的頻率分布。在移動網(wǎng)絡中聲音、視頻和數(shù)據(jù)的傳輸需要穩(wěn)定且精確的頻率參考，并且對于在站之間的成功通信，精確的頻率同步和保持是關鍵性的。用于維持這種穩(wěn)定且精確的頻率參考的一種可能的解決方案是通過使用SSAC，例如如在此所描述的。圖lib示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的帶有定位和/或范圍測量系統(tǒng)的蜂窩手機接收器。在蜂窩手機上的范圍查找系統(tǒng)、速度測量系統(tǒng)可使用高度準確的頻率以通過到達時間(TOA)算法或任何其他算法確定在發(fā)射器/接收器和對象之間的距離，和/或高度準確的時鐘可為了保持的目的被使用。用于維持這種穩(wěn)定且精確的頻率參考的一種可能的解決方案是通過使用SSAT，例如如在此所描述的。圖Ilc示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的帶有保持系統(tǒng)的蜂窩手機接收器。在蜂窩系統(tǒng)的兩個基站之間在蜂窩手機上的保持系統(tǒng)可使用高度準確的頻率以通過到達時間(TOA)算法或任何其他算法確定在發(fā)射器/接收器和對象之間的距離，和/或高度準確的時鐘可為了保持的目的被使用。用于維持這種穩(wěn)定且精確的頻率參考的一種可能的解決方案是通過使用SSAC，例如如在此所描述的。圖12a示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的突發(fā)無線電通信系統(tǒng)。突發(fā)無線電通信可包括任何適當?shù)臒o線電通信系統(tǒng)，其在無線電頻率上發(fā)送聲音、視頻或數(shù)據(jù)的突發(fā)信號。在該類型的系統(tǒng)中，無線電接收器和發(fā)射器應具有在長時間周期的精確頻率同步，而沒有在兩個無線電系統(tǒng)之間的積極地同步。這樣的無線電系統(tǒng)可以是軍用無線電、民用無線電、無線無線電通信、蜂窩通信或者任何其他的跳躍無線電通信。用于維持這種穩(wěn)定且精確的頻率參考的一種可能的解決方案是通過使用SSAC，例如如在此所描述的。圖12b示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的敵我識別(IFF)模塊。使用無線電通信例如以用來識別飛行航空器的IFF系統(tǒng)可使用高度準確的頻率用于無線電通信。用于維持這種穩(wěn)定且精確的頻率參考的一種可能的解決方案是通過使用SSAC，例如如在此所描述的。圖12c示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的測量系統(tǒng)。在例如抖動/奇事測量的測量系統(tǒng)中，無線電頻率測量系統(tǒng)或者其他測量系統(tǒng)需要高度準確的頻率時間基礎。用于維持這種穩(wěn)定且精確的頻率參考的一種可能的解決方案是通過使用SSAC，例如如在此所描述的。圖13a示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的時間服務器。時間服務器可包括帶有精確的時間保持能力的任何適當?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡組件。時間服務器可被連接到通信網(wǎng)絡，并且其能夠將時間指示符發(fā)送到網(wǎng)絡的其他組件。時間服務器可以是獨立的，或者被嵌入到如服務器、交換機或集線器的網(wǎng)絡中的另一系統(tǒng)中。用于維持這種穩(wěn)定且精確的頻率參考的一種可能的解決方案是通過使用SSAC，例如如在此所描述的。圖13b示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的精確網(wǎng)絡分析器系統(tǒng)。精確的網(wǎng)絡測量系統(tǒng)可包括任何適當?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡組件，其監(jiān)控通信網(wǎng)絡的性能以便測量包括干擾檢測、數(shù)據(jù)包丟失和其他需求的服務質量。系統(tǒng)可需要精確的時間保持能力以精確地記錄在網(wǎng)絡中的任何發(fā)生事件。系統(tǒng)被連接到通信網(wǎng)絡，并且可以是獨立的，或者被嵌入到如服務器、交換機或集線器的網(wǎng)絡中的其他系統(tǒng)中。用于維持這種穩(wěn)定且精確的頻率參考的一種可能的解決方案是通過使用SSAC，例如如在此所描述的。圖13c示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的計費系統(tǒng)。網(wǎng)絡通信計費系統(tǒng)可包括任何適當?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡組件，其監(jiān)控通信網(wǎng)絡的業(yè)務量以便為服務和使用計費。系統(tǒng)可需要精確的時間保持能力以精確地記錄任何網(wǎng)絡使用。系統(tǒng)被連接到通信網(wǎng)絡，并且可以是獨立的，或者被嵌入到如服務器、交換機或集線器的網(wǎng)絡中的其他系統(tǒng)中。用于維持這種穩(wěn)定且精確的頻率參考的一種可能的解決方案是通過使用SSAC，例如如在此所描述的。圖14a示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的雷達系統(tǒng)。該雷達系統(tǒng)可通過回聲無線電波信號的到達時間(TOA)測量對象的方向、距離和/或速度。高度準確的頻率源被用于確定Τ0Α。用于維持這種穩(wěn)定且精確的頻率參考的一種可能的解決方案是通過使用SSAC，例如如在此所描述的。圖14b示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的時間服務器。時間戳服務器可包括帶有精確的時間保持能力的任何適當通信網(wǎng)絡組件。時間戳服務器被連接到通信網(wǎng)絡，并且其能夠將時間戳發(fā)送到網(wǎng)絡的其他用戶或組件，和/或用于系統(tǒng)中的其他本機應用，這是為了準確的時間標記。時間戳服務器可以使獨立模塊，或者被嵌入到如服務器、交換機或集線器的網(wǎng)絡中的另一系統(tǒng)中。該時間戳能夠被用于金融交易時間標記、B2B時間標記、發(fā)票時間標記、計費時間標記、或者需要時間標記的任何其他應用。用于維持這種穩(wěn)定且精確的頻率參考的一種可能的解決方案是通過使用SSAC，例如如在此所描述的。圖14c示意性地示出根據(jù)一些論證性實施方式的聲納系統(tǒng)。聲納系統(tǒng)可通過聲波信號的回聲的到達時間(TOA)測量對象的方向、距離和/或速度。高度準確的頻率源被用于確定Τ0Α。用于維持這種穩(wěn)定且精確的頻率參考的一種可能的解決方案是通過使用SSAC，例如如在此所描述的。一些實施方式可涉及下述的參考文獻中的一個或多個，其全部公開在此通過弓I入被并入·P.Misra和M.Pratt，“在GPS導航接收器中時鐘的作用(RoleoftheClockinaGPSNavigationReceiver)ATCProjectMemorandumNo.42PM-SATNAV-0008,MassachusettsInstituteofTechnology,LincolnLaboratory(May1994)?！.A.Sturza，“使用三個衛(wèi)星和精確時鐘的GPS導航(GPSNavigationusingThreeSatellitesandaPreciseClock)，，，GlobalPositioningSystems,vol.II,Washington,DC:TheInstituteofNavigation,pp.122-131(1984)。·J.H.Murphy和Τ.A.Skidmore；“低成本原子鐘在國家領空和GNSS可用性上的影響(ALow-CostAtomicClock:ImpactontheNatioalAirspaceandGNSSAvailability)";ProceedingsofIONGPS-94；SaltLakeConventionCenter,SaltLakeCity,UtahSep.20—23，1994；pp.1—8。·J.Vig，“高準確性頻率標準和時鐘的軍事應用(Militaryapplicationsofhigh-accuracyfrequencystandardsandclocks)，，40，522—527(1993)。·H.Fruehoff,“使用特殊的便攜時鐘的快速“控制-P⑴”GPS信號獲得(Fast“direct-P(Y)“GPSsignalacquisitionusingaspecialportableclock)，，，inPro.c33rdAnn?！ぞ_的時間和時間間隔(PTTI)系統(tǒng)與應用會議，LongBeach,CA,November27-29,359-369(2001)?！甁.A.Kusters和C.Α.Adams，“通信基站時間標準的性能需求(Performancerequirementsofcommunicationbasestationtimestandards)，，RFdesign,28-38(1999)。·L.Liew、S.Knappe>J.MorelancUH.G.Robinson、L.Hollberg以及J.Kitching,“微制造的堿原子蒸汽小室(Microfabricatedalkaliatomvaporcells)，，，Appl.Phys.Lett.48，2694-2696(2004)。·S.Knappe>V.Velichansky、H.G.Robinson、L.Liew>J.MorelancUJ.Kitching及L.Hollberg，“用于小型頻率參考的原子蒸汽小室(AtomicVaporCellsforMiniatureFrequencyReferences)，，inProc.ofthe2003IEEEInternationalFrequencyControlSymposiumandPDAExhibitionJointlywiththe17thEuropeanFrequencyandTimeForum,(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers,NewYork,2003),31-32。·E·Arimondo，“普巾白勺才目^^Η·(Coherentpopulationtrappinginlaserspectroscopy)，，in,ProgressinOpticsXXXV,E.Wolf,eds.(Elsevier,Amsterdam,1996),pp.257—354?！.Stahler^R.Wynands>S.Knappe>J.Kitching、L.Hollberg、A.Taichenachev、V.Yudin，“在熱Rb-85蒸汽中的相干布居俘獲共振D_1與D_2相對的線激發(fā)(CoherentpopulationtrappingresonancesinthermalRb-85vapor:D_IversusD_2lineexcitation)，，Opt.Lett.27，1472-1474(2002)。·N.Cyr、M.Tetu及Μ.Breton,“全光微波頻率標準提案(All-OpticalMicrowaveFrequencyStandard-aProposal)，，IEEETransactionsonInstrumentationandMeasurement,vol.42,pp.640-649,1993?！.Kitching、S.Knappe>N.Vukicevic>L.Hollberg、R.WynandsMW.Weidmann,"^于Cs蒸汽中VCSEL驅動的暗線共振的微波頻率參考(AmicrowavefrequencyreferencebasedonVCSEL-drivendarklineresonancesinCsvapor)，，IEEETransactionsonInstrumentationandeasurement,vol.49,pp.1313-1317,2000?！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