光钟研究是2002年以来国际计量科学发展的一个新热点。《科学》杂志报道的研究成果表明,光钟将比目前最好的时钟精度提高100倍,能提供“对物理世界更细致的观察”,有助于建立对自然界基本定律的更深入的认识。该研究成果对卫星导航、通信及计算机网络同步等应用领域产生影响。
原子时钟的“滴答”来自于原子的跃迁频率。当前原子钟的原子跃迁频率是在微波波段,而光学频率比微波频率高5个数量级。通过对光学频率的精密控制和光学频率与微波频率的高精度转换,可以提供超高精度的时间和频率标准,实现更精确地计时。
中国最新锶原子光钟技术或将改变“秒”的内涵。高准确度时间频率基准钟的研制是保证国家时间频率计量体系独立完整性的关键,关系到国家的核心利益。中国计量科学研究院成功研制出“高准确度原子光学频率标准仪”,掌握了锶原子光钟和光纤光梳研究的关键技术,为锶原子光晶格钟和光纤光梳的进一步研究奠定了技术基础。
光钟具有实现更高准确度的潜力,被公认为下一代时间频率基准。用光钟替代现行的铯原子喷泉钟来重新定义秒,可以显著提高卫星导航系统的定位精度。该课题的顺利完成为我国锶原子光晶格钟基准装置的进一步研究、建立基于光钟的新一代时间频率计量体系奠定了基础,对于2019年在国际上重新定义秒的问题争得发言权和主动地位具有重要意义。
该课题是国家“十一五”科技支撑计划重大项目“科学仪器设备研制与开发”项目中的一项,由中国计量科学研究院、中国科学院武汉物理与数学研究所、北京大学和国防科技大学等4家单位共同承担。经过3年的科技攻关,该课题组实现了多项技术创新,包括研究建立了锶原子塞曼减速器和激光冷却囚禁装置,首次实现461nm蓝MOT,完善了633nm、543nm、612nm和532nm次级光学频率标准,建立了完整的光学频率量值传递体系。
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