近日，中科院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院研究員高克林團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)高精度可搬運(yùn)鈣離子光頻標(biāo)，相關(guān)成果分別發(fā)表于《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》和《物理評(píng)論A》的快速通訊。

　　原子頻標(biāo)是參考原子內(nèi)部穩(wěn)定能級(jí)的量子躍遷頻率做成的頻率標(biāo)準(zhǔn)。光頻標(biāo)是參考躍遷頻率處于光波段的原子頻標(biāo)。由于光頻比微波頻率高4～5個(gè)數(shù)量級(jí)，其準(zhǔn)確度比目前的秒定義參考銫原子噴泉鐘高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，有望成為下一代的秒定義參考。除了在時(shí)間計(jì)量方面的應(yīng)用外，高精度光頻標(biāo)還將在基本物理常數(shù)測(cè)量、基本物理規(guī)律檢驗(yàn)、相對(duì)論大地測(cè)量和導(dǎo)航等方面具有重要應(yīng)用，成為國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)激烈的關(guān)鍵科技領(lǐng)域。

　　要實(shí)現(xiàn)高精度光頻標(biāo)，需要突破原子/離子的囚禁、激光冷卻、窄線寬激光技術(shù)等一系列關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)原子/離子的外場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行精準(zhǔn)控制，并對(duì)各種物理效應(yīng)進(jìn)行細(xì)致的評(píng)估。

　　據(jù)了解，高克林團(tuán)隊(duì)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(zhǎng)期穩(wěn)定度達(dá)到10^-18量級(jí)的鈣離子光頻標(biāo)。這是目前國(guó)際上不確定度和穩(wěn)定度水平最高的鈣離子光頻標(biāo)。光頻標(biāo)的長(zhǎng)期穩(wěn)定度達(dá)到10^-18量級(jí)，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(guó)聯(lián)邦物理技術(shù)研究院（PTB）研制的鐿離子光頻標(biāo)后，國(guó)際上第二種達(dá)到如此高分辨能力的離子光頻標(biāo)。

　　要實(shí)現(xiàn)高精度光頻標(biāo)更廣泛的應(yīng)用，可搬運(yùn)是非常必要的。光頻標(biāo)體積龐大、運(yùn)行率低，實(shí)現(xiàn)光頻標(biāo)的系統(tǒng)集成化、可靠和高精度地運(yùn)行具有極高的挑戰(zhàn)性。“為了實(shí)現(xiàn)光頻標(biāo)的可搬運(yùn)，我們通過(guò)集成化設(shè)計(jì)提高了光頻標(biāo)的魯棒性；研制出可搬運(yùn)的超窄線寬穩(wěn)頻激光器；開發(fā)了一套半自動(dòng)化鎖定軟件，光頻標(biāo)的運(yùn)行率達(dá)到75%以上；對(duì)系統(tǒng)頻移進(jìn)行了細(xì)致的實(shí)驗(yàn)研究，將光頻標(biāo)的不確定度推進(jìn)至1.3×10^-17?！备呖肆纸榻B道。

　　該可搬運(yùn)光頻標(biāo)實(shí)現(xiàn)車載，從武漢成功搬運(yùn)到距離1200千米的中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，與該單位合作首次實(shí)現(xiàn)16位有效數(shù)字的鈣離子光頻標(biāo)鐘躍遷絕對(duì)頻率測(cè)量。

　　據(jù)調(diào)研，該車載光頻標(biāo)是是國(guó)際上運(yùn)行率較高的少數(shù)幾臺(tái)光頻標(biāo)之一，也是國(guó)際上不確定度指標(biāo)最高的可移動(dòng)離子光頻標(biāo)。

　　該工作得到了科技部、國(guó)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

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