原子需要留在光里足够久
钟需要一个重复得足够可靠的节拍。光钟选择原子的两种内部能量状态，用激光把原子从较低能量送往较高能量。激光频率接近两态能量差所对应的频率时，原子更容易吸收；逐步扫过频率，把吸收比例画出来，就出现一条共振谱线。
要分清彼此很近的频率，原子得接受较长时间的询问。若原子在这段时间里飞出光束，询问就被打断。光晶格用相向传播的激光形成许多小势阱，像一排浅碗把冷原子留住；许多原子一起接受探测，可以把单个原子的随机结果平均起来。
俘获用的光也会改变原子能量。研究者选择所谓魔术波长，让钟跃迁上下两个状态受到近似相同的光位移，减小跃迁频率对晶格强度的敏感性。晶格光负责留住原子，钟激光负责询问跃迁，两束光在装置里承担不同工作。
为什么要在谱线两侧各问一次
把激光恰好放在谱线最高点，吸收比例达到最大，左右稍微移动都会让吸收变少。一次读数偏低，回路无法知道自己在峰的哪边。两侧探测避开了这个问题：先用略低的频率照一群原子，再重新制备原子，用略高的频率照第二次。
假如两次频率以真正中心为对称点，平均激发比例应当相同。激光的中心命令向高频偏了一点，高频侧会更远离共振，低频侧则靠近共振，两次比例便不再相等。这份有方向的差叫误差信号。先用已知频率偏移量出差值变化的快慢，就能把比例差换成局部频率误差。
实验还要把激发状态读出来。真实装置可用荧光等办法区分两种状态，最终估计两态原子数。有限原子群每次会给出稍有不同的比例，探测也可能把状态分错。对称探测的单次差值仍会围绕零点起伏。
来源：[2]
反馈填上两次探测之间的时间
得到误差后，控制器把激光频率朝相反方向调一点，再开始下一对探测。一次只纠正一部分，回路会较平稳；纠正太急，计数噪声和延迟就可能让命令来回摆动。2015 年 Nicholson 等人的锶钟工作用谱线两侧激发比例之差锁定激光，论文图 1 展示了探测线形与稳定度测量。
原子无法从头到尾一直接受同样的询问。冷却与制备要时间，读取状态要时间，下一批原子到位之前还有等待。在这些空档里，激光仍由自身的稳定性支撑。保存完整周期，才看得清每次纠正依据的是何时、以什么频率得到的原子读数。
评估频率波动时，常比较相邻两段时间的平均频率。平均时间逐渐加长，重复这种比较，得到的 Allan 偏差显示不同时间尺度的稳定度。若输入是反馈命令，统计的就是命令；实际输出光在探测间隙怎样变化，还需要独立的频率或相位测量。常量偏差在相减时会消去，一条安静的曲线可以始终偏向同一边。
环境会把整条谱线一起推走
设想反馈完美地跟住了共振，但周围屏蔽罩升温了。温暖物体发出的热辐射会改变原子能级，两态改变程度不同时，钟跃迁的中心频率也会移动。激光忠实跟着新中心走，误差信号依然很小。要知道这一步移动了多少，必须另量温度和原子对热辐射的响应。
在只保留静态贡献的近似中，这项频移随绝对温度的四次方变化。先在几组已知温度下，把频率同独立参考比较，便能标定比例系数；另外留一组温度检验预测。随后把运行时测得的温度代入，才得到有条件的热修正。若原子四周冷热不均，单个温度计就可能无法代表它们接收的辐射。
Nicholson 等人的实际评估包含动态黑体贡献、晶格光、磁场及其他效应，并专门校准真空中的温度计。教学模型只保留一项有独立参考的静态热修正。走向一台可比较、可报告频率的钟，还需要逐项量出其余位移，并把输出同独立钟标准连接起来。
来源：[2]