近日，中科院精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng )新研究院研究員高克林團隊實(shí)現高精度可搬運鈣離子光頻標，相關(guān)成果分別發(fā)表于《國家科學(xué)評論》和《物理評論A》的快速通訊。

　　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于光波段的原子頻標。由于光頻比微波頻率高4～5個(gè)數量級，其準確度比目前的秒定義參考銫原子噴泉鐘高幾個(gè)數量級，有望成為下一代的秒定義參考。除了在時(shí)間計量方面的應用外，高精度光頻標還將在基本物理常數測量、基本物理規律檢驗、相對論大地測量和導航等方面具有重要應用，成為國際競爭激烈的關(guān)鍵科技領(lǐng)域。

　　要實(shí)現高精度光頻標，需要突破原子/離子的囚禁、激光冷卻、窄線(xiàn)寬激光技術(shù)等一系列關(guān)鍵技術(shù)，對原子/離子的外場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行精準控制，并對各種物理效應進(jìn)行細致的評估。

　　據了解，高克林團隊經(jīng)過(guò)十余年努力，突破一系列關(guān)鍵技術(shù)，研制出不確定度為2×10^-17、長(cháng)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(cháng)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(shí)間/頻率變化，這也是繼德國聯(lián)邦物理技術(shù)研究院（PTB）研制的鐿離子光頻標后，國際上第二種達到如此高分辨能力的離子光頻標。

　　要實(shí)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(shí)現光頻標的系統集成化、可靠和高精度地運行具有極高的挑戰性?！盀榱藢?shí)現光頻標的可搬運，我們通過(guò)集成化設計提高了光頻標的魯棒性；研制出可搬運的超窄線(xiàn)寬穩頻激光器；開(kāi)發(fā)了一套半自動(dòng)化鎖定軟件，光頻標的運行率達到75%以上；對系統頻移進(jìn)行了細致的實(shí)驗研究，將光頻標的不確定度推進(jìn)至1.3×10^-17?！备呖肆纸榻B道。

　　該可搬運光頻標實(shí)現車(chē)載，從武漢成功搬運到距離1200千米的中國計量科學(xué)研究院，與該單位合作首次實(shí)現16位有效數字的鈣離子光頻標鐘躍遷絕對頻率測量。

　　據調研，該車(chē)載光頻標是是國際上運行率較高的少數幾臺光頻標之一，也是國際上不確定度指標最高的可移動(dòng)離子光頻標。

　　該工作得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委和中科院的資助。

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa119 

　　https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.102.050802

      《中國科學(xué)報》新聞鏈接：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/12/450107.shtm