中國科學(xué)院研制出超高精度車載光頻標(biāo) 24億年不差一秒

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

據(jù)團(tuán)隊(duì)專家介紹，光頻標(biāo)是一套超高精度儀器設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)超高精度的時間測量。近期該院兩臺光頻標(biāo)的頻率比對結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了該院研制的光頻標(biāo)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(shù)研究院研制的鐿離子光頻標(biāo)后，第二種達(dá)到該分辨能力的離子光頻標(biāo)。

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(jì)建設(shè)的重要技術(shù)支撐，也是國際上競爭激烈的關(guān)鍵科技領(lǐng)域。作為超高精度儀器設(shè)備，實(shí)現(xiàn)光頻標(biāo)的應(yīng)用首要是做到 “可搬運(yùn)”，因此研發(fā)車載光頻標(biāo)具有重大現(xiàn)實(shí)意義。

相關(guān)研究成果已發(fā)表于《國家科學(xué)評論》和《物理評論 A》的快速通訊。

IT之家獲悉，研究團(tuán)隊(duì)成功研制出一臺車載鈣離子光頻標(biāo)，演示了通過光頻標(biāo)比對實(shí)現(xiàn)高程差測量的可能性。研究團(tuán)隊(duì)隨后將該車載光頻標(biāo)從武漢搬運(yùn)至北京，實(shí)現(xiàn)了 20 天的準(zhǔn)連續(xù)運(yùn)行；并同中國計(jì)量科學(xué)研究院合作進(jìn)行了光頻標(biāo)鐘躍遷絕對頻率的測量，測量不確定度達(dá)到 5.6×10-16。

為了實(shí)現(xiàn)車載，研究團(tuán)隊(duì)對光頻標(biāo)進(jìn)行了如下改進(jìn)：通過集成化設(shè)計(jì)提高了光頻標(biāo)的魯棒性；開發(fā)了一套半自動化光頻標(biāo)鎖定軟件，在降低光頻標(biāo)的伺服誤差不確定度的同時有效提高了光頻標(biāo)的運(yùn)行率 ( >75%)；聯(lián)合研制出可搬運(yùn)的超窄線寬穩(wěn)頻激光器；開展了對離子微運(yùn)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(yīng)的細(xì)致實(shí)驗(yàn)研究，將光頻標(biāo)的不確定度推進(jìn)至 1.3×10-17。在上述研究基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了高準(zhǔn)確度、高魯棒性和高運(yùn)行率的車載光頻標(biāo)。該車載光頻標(biāo)隨后在武漢實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了本地搬運(yùn)實(shí)驗(yàn)，通過光頻標(biāo)的比對，進(jìn)行了高程差測量的演示實(shí)驗(yàn)，測量結(jié)果與傳統(tǒng)的水準(zhǔn)儀測量結(jié)果符合。經(jīng)過超過 1200km 的長途搬運(yùn)后，同中國計(jì)量科學(xué)研究院合作，再次進(jìn)行了鈣離子光頻標(biāo)的絕對頻率的測量，測量結(jié)果與該團(tuán)隊(duì)先前的絕對頻率測量結(jié)果符合，不確定度由 10-15 量級推進(jìn)至 10-16 量級，該結(jié)果也對先前基于 GPS 系統(tǒng)的超高精度遠(yuǎn)程光頻絕對值測量結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞： 中國科學(xué)院 車載光頻標(biāo)