一、铯原子钟的工作原理
每一个原子都有自己的特征振动频率。人们最熟悉的振动频率现象就是当食盐被喷洒到火焰上时食盐中的元素钠所发出的桔红色的光。一个原子具有多种振动频率，一些位于无线电波波段，一些位于可见光波段，而另一些则处在两者之间。秒的最新定义是铯-133 原子基态的超精细能级之间的跃|所对应的辐射的9，192，631，770个周期所持续的时间 。所以，铯133则被普遍地选用作精细的原子钟。
铯原子钟
将铯原子共振子置于原子钟内，需要测量其中一种的跃迁频率。通常是采用锁定晶体振荡器到铯原子的主要微波谐振来实现。这一信号处于无线电的微波频谱范围内，并恰巧与广播卫星的发射频率相似，因此工程师们对制造这一频谱的仪器十分在行。
为了制造原子钟，铯原子会被加热至汽化，并通过一个真空管。在这一过程中，首先铯原子气要通过一个用来选择合适的能量状态原子的磁场，然后通过一个强烈的微波场。微波能量的频率在一个很窄的频率范围内震荡，以使得在每一个循环中一些频率点可以达到9,192,631,770Hz。精确的晶体振荡器所产生的微波的频率范围已经接近于这一精确频率。当一个铯原子接收到正确频率的微波能量时，能量状态将会发生相应改变。
在更远的真空管的尽头，另一个磁场将那些由于微波场在正确的频率上而已经改变能量状态的铯原子分离出来。在真空管尽头的探测器将打击在其上的铯原子呈比例的显示出，并在处在正确频率的微波场处呈现峰值。这一峰值被用来对产生的晶体振荡器作微小的修正，并使得微波场正好处在正确的频率。这一锁定的频率被9,192,631,770除，得到常见的现实世界需要的每秒一个脉冲。
二、让计时精度走向极限的原子钟，究竟是什么原理呢？
原子钟是通过特定原子的核外电子能级跃迁时所吸收和释放的电磁波频率振动周期来计量时间的。由于原子核外电子的不同排布，不同能级轨道间的能量差不同，电子在不同能级轨道间跃迁所吸收和释放的电磁波频率也不同，但是同一种原子在同一能级轨道间跃迁产生的电磁波频率是固定的。因此，人们可以选择特定原子的一个超精细能级的细微能量差状态之间跃迁作为计量。这种超精细能级跃迁具有固定的振动周期，也就是说它的频率是固定的，这就是它的共振频率。
能级跃迁
当使之通过与其共振频率接近的振荡电磁场，原子就会吸收电磁场的能量，完成超精细能级的跃迁。振荡电磁场的振荡频率与原子共振频率越接近，就会有越多的原子产生跃迁，通过通过精密调整振荡电磁场的频率使之与原子共振频率完全相同，即可让所有原子完成跃迁，而此时产生该振荡电磁场的振荡器即可作为计数器，得到该原子的振动周期，也就是该原子的共振频率。而这个该原子的共振频率是固定的，也就可以作为时间计量的刻度。
频率
比如目前国际通用的铯原子钟所使用的铯同位素铯133的共振频率是9192631770Hz，也就是每秒振动9192631770次，所以铯原子钟就是以计数器记录振动9192631770次作为1秒。目前世界各国主要都是通过铯原子钟所得到的时间作为标准时间。
铯原子钟
而在实验室里，这个时间计量精度在不断刷新。比如2008年的锶原子钟，使用锶87，共振频率达到Hz。到2013年，镱元素制造的镱原子钟被制造出来，每秒振动518万亿次，比之前的锶原子钟还要高，报道中声称精度达到宇宙诞生至今误差不超过1秒。。。。
锶原子钟
为什么更高的频率更高的振动周期能得到更精确的时间？其实原因很简单，就像你拿着一把毫米刻度的直尺跟一把厘米刻度的直尺去计量长度，哪个准？当你用这两把直尺测量到的一个物体长度得到的数值乘上一定数量后，两者的误差就会非常明显了。不断刷新精度的原子钟就是通过提高振动周期，让用来计量1秒的时间刻度更多，刻度越多计量自然就越精确。
原子钟是把本振源(激光器或者晶体振荡器)频率锁定到原子(近似无扰的原子或者离子)的参考跃迁谱线上,从而达到稳定频率输出的一种精密计时仪器。
根据原子物理学的基本原理，当原子从一个能量态跃迁至低的能量态时，它便会释放电磁波。同一种原子的电磁波特征频率是一定的，可用作一种节拍器来保持高度精确的时间。
衰变原理，原子钟中的计时原理是元素的衰变是按照周期性变化的。
三、铷原子钟 铯原子钟 氢原子钟 哪个好
这三者比较，铯原子钟实用化最早，重量最重；铷原子钟精度最低，但重量也最轻，最适合被用于星载原子钟；氢原子钟的精度与铯原子钟相当，而重量则介于铯原子钟和铷原子钟之间。因此，最早的全球定位系统(GPS)，采取星载铷原子钟和星载铯原子钟相配合的方式，而较新的全球定位系统(比如北斗和伽利略)则采用星载铷原子钟与星载氢原子钟的组合方案。
铯原子钟又被人们形象的称作“喷泉钟”，因为铯原子钟的工作过程是铯原子象喷泉一样的“升降”。这一运动使得频率的计算更加精确。左图详细的描绘了铯原子钟工作的整个过程。这个过程可以分割为四个阶段： 在微波腔的出口处，另一束激光射向铯原子气，探测器将对辐射出的荧光的强度进行测量。当在微波腔中发生状态改变的铯原子与激光束再次发生作用时就会放射出光能。同时，一个探测器（右）对这一荧光柱进行测量。整个过程被多次重复，直到达到出现最大数目的铯原子荧光柱。这一点定义了用来确定秒的铯原子的天然共振频率。
上述过程将多次重复进行，而每一次微波腔中的频率都不相同。由此可以得到一个确定频率的微波，使大部分铯原子的能量状态发生相应改变。这个频率就是铯原子的天然共振频率，或确定秒长的频率。
铷原子钟
好锶131原子钟更好
