中國科學院研制出超高精度車載光頻標 24億年不差一秒

中國科學院精密測量科學與技術創(chuàng)新研究院高克林研究員團隊經(jīng)過 10 多年努力，突破一系列關鍵技術，研制出 24 億年不差一秒的超高精度車載光頻標。該車載光頻標經(jīng)過 1200 多公里的長途搬運后，完成了 16 位有效數(shù)字的鈣離子光頻標鐘躍遷絕對頻率測量。

據(jù)團隊專家介紹，光頻標是一套超高精度儀器設備，用于實現(xiàn)超高精度的時間測量。近期該院兩臺光頻標的頻率比對結果進一步驗證了該院研制的光頻標具有 20 億億分之一秒的時間測量分辨能力，是國際上繼德國聯(lián)邦物理技術研究院研制的鐿離子光頻標后，第二種達到該分辨能力的離子光頻標。

據(jù)介紹，時間的超高精度測量是科技創(chuàng)新和國民經(jīng)濟建設的重要技術支撐，也是國際上競爭激烈的關鍵科技領域。作為超高精度儀器設備，實現(xiàn)光頻標的應用首要是做到 “可搬運”，因此研發(fā)車載光頻標具有重大現(xiàn)實意義。

相關研究成果已發(fā)表于《國家科學評論》和《物理評論 A》的快速通訊。

IT之家獲悉，研究團隊成功研制出一臺車載鈣離子光頻標，演示了通過光頻標比對實現(xiàn)高程差測量的可能性。研究團隊隨后將該車載光頻標從武漢搬運至北京，實現(xiàn)了 20 天的準連續(xù)運行；并同中國計量科學研究院合作進行了光頻標鐘躍遷絕對頻率的測量，測量不確定度達到 5.6×10-16。

為了實現(xiàn)車載，研究團隊對光頻標進行了如下改進：通過集成化設計提高了光頻標的魯棒性；開發(fā)了一套半自動化光頻標鎖定軟件，在降低光頻標的伺服誤差不確定度的同時有效提高了光頻標的運行率 ( >75%)；聯(lián)合研制出可搬運的超窄線寬穩(wěn)頻激光器；開展了對離子微運動抑制、光場 ac-Stark 頻移、電四極頻移以及黑體輻射頻移等效應的細致實驗研究，將光頻標的不確定度推進至 1.3×10-17。在上述研究基礎上，實現(xiàn)了高準確度、高魯棒性和高運行率的車載光頻標。該車載光頻標隨后在武漢實驗室進行了本地搬運實驗，通過光頻標的比對，進行了高程差測量的演示實驗，測量結果與傳統(tǒng)的水準儀測量結果符合。經(jīng)過超過 1200km 的長途搬運后，同中國計量科學研究院合作，再次進行了鈣離子光頻標的絕對頻率的測量，測量結果與該團隊先前的絕對頻率測量結果符合，不確定度由 10-15 量級推進至 10-16 量級，該結果也對先前基于 GPS 系統(tǒng)的超高精度遠程光頻絕對值測量結果進行了驗證。

關鍵詞： 中國科學院 車載光頻標