科學網— 實現高精度可搬運鈣離子光頻標

2020-12-22 科學網
中科院精密測量科學與技術創新研究院
實現高精度可搬運鈣離子光頻標

 

本報訊（記者王之康 通訊員楊婷婷）近日，中科院精密測量科學與技術創新研究院研究員高克林團隊實現高精度可搬運鈣離子光頻標。相關成果分別發表於《國家科學評論》和《物理評論A》。

原子頻標是參考原子內部穩定能級的量子躍遷頻率做成的頻率標準。光頻標是參考躍遷頻率處於光波段的原子頻標。由於光頻比微波頻率高4～5個數量級，其準確度比目前的秒定義參考銫原子噴泉鍾高几個數量級，有望成為下一代的秒定義參考。除了在時間計量方面的應用外，高精度光頻標還將應用於基本物理常數測量、基本物理規律檢驗、相對論大地測量和導航等方面，是國際競爭激烈的關鍵科技領域。

高克林團隊經過10餘年努力，突破一系列關鍵技術，研製出不確定度為2×10-17、長期穩定度達到10-18量級的鈣離子光頻標。這是目前國際上不確定度和穩定度水平最高的鈣離子光頻標。光頻標的長期穩定度達到10-18量級，表明其能分辨出約20億億分之一秒的微弱時間/頻率變化，這也是國際上第二種達到如此高分辨能力的離子光頻標。

要實現高精度光頻標更廣泛的應用，可搬運是非常必要的。光頻標體積龐大、運行率低，實現光頻標的系統集成化、可靠和高精度的運行具有極高的挑戰性。「為了實現光頻標的可搬運，我們通過集成化設計提高了光頻標的魯棒性；研製出可搬運的超窄線寬穩頻雷射器；開發了一套半自動化鎖定軟體，光頻標的運行率達到75%以上；對系統頻移進行了細緻的實驗研究，將光頻標的不確定度推進至1.3×10-17。」高克林介紹道。

該可搬運光頻標實現了車載，從武漢搬運到距離1200千米的中國計量科學研究院，並與該單位合作首次實現16位有效數字的鈣離子光頻標鍾躍遷絕對頻率測量。該車載光頻標是國際上不確定度指標最高的可移動離子光頻標。

相關論文信息：https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa119

https://doi.org/10.1103/PhysRevA.102.050802

《中國科學報》 (2020-12-14 第4版 綜合)

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