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近日，中科院精密測量科學與技術創(chuàng)新研究院研究員高克林團隊實現(xiàn)高精度可搬運鈣離子光頻標，相關成果分別發(fā)表于《國家科學評論》和《物理評論A》的快速通訊。
原子頻標是參考原子內(nèi)部穩(wěn)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個數(shù)量級，其準確度比目前的秒定義參考銫原子噴泉鐘高幾個數(shù)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，高精度光頻標還將在基本物理常數(shù)測量、基本物理規(guī)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鍵科技領域。
要實現(xiàn)高精度光頻標，需要突破原子/離子的囚禁、激光冷卻、窄線寬激光技術等一系列關鍵技術，對原子/離子的外場環(huán)境進行精準控制，并對各種物理效應進行細致的評估。
據(jù)了解，高克林團隊經(jīng)過十余年努力，突破一系列關鍵技術，研制出不確定度為2×10-17、長期穩(wěn)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(wěn)定度水平最高的鈣離子光頻標。光頻標的長期穩(wěn)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，這也是繼德國聯(lián)邦物理技術研究院（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。
要實現(xiàn)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(xiàn)光頻標的系統(tǒng)集成化、可靠和高精度地運行具有極高的挑戰(zhàn)性。“為了實現(xiàn)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；研制出可搬運的超窄線寬穩(wěn)頻激光器；開發(fā)了一套半自動化鎖定軟件，光頻標的運行率達到75%以上；對系統(tǒng)頻移進行了細致的實驗研究，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(xiàn)車載，從武漢成功搬運到距離1200千米的中國計量科學研究院，與該單位合作首次實現(xiàn)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)調(diào)研，該車載光頻標是是國際上運行率較高的少數(shù)幾臺光頻標之一，也是國際上不確定度指標最高的可移動離子光頻標。
該工作得到了科技部、國家自然科學基金委和中科院的資助。
相關論文信息：https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa119
https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.102.050802
《中國科學報》新聞鏈接：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/12/450107.shtm