我国锶原子光钟关键技术研究获进展

2011-1-05 08:44 来源: 科学时报
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“高准确度原子光学频率标准仪的研制与开发”课题通过验收

  近日,由中国计量科学研究院等单位共同承担的“高准确度原子光学频率标准仪的研制与开发”课题,顺利通过了国家质检总局组织的专家验收。该课题建立了锶原子塞曼减速器和激光冷却囚禁装置,研制了宽带钛宝石飞秒光梳和铒光纤光梳,完善了多个次级光学频率标准,掌握了锶原子光钟和光纤光梳研究的一系列关键技术,为锶原子光晶格钟和光纤光梳的进一步研究奠定了技术基础。

  据了解,该课题是国家“十一五”科技支撑计划重大项目“科学仪器设备研制与开发”项目中的一项,由中国计量科学研究院、中国科学院武汉物理与数学研究所、北京大学和国防科技大学等4家单位共同承担。该课题主要围绕国际计量学时间频率标准领域的热点前沿方向——冷原子光钟和飞秒光梳,开展锶原子光晶格钟、飞秒光梳和次级光学频率标准3个子课题的研究。

  时间频率作为一个重要的基本物理量,在国民经济、大众生活、国防建设和基础科学研究中起着重要作用。高准确度时间频率基准钟的研制,是保证国家时间频率计量体系独立完整性的关键,关系到国家的核心利益。与现行的铯原子钟比较,光钟具有实现更高准确度的潜力,被公认为下一代时间频率基准。开展光钟研究已成为近年来国际计量科学研究的新热点,目前全球已有30多家单位开展此类研究。用光钟替代现行的铯原子喷泉钟来重新定义秒,可以显著提高卫星导航系统的定位精度。

  据课题负责人中国计量科学研究院研究员方占军介绍,光钟主要包括冷原子光晶格钟和单离子光钟两大类。经过3年的科技攻关,目前该课题组掌握了锶原子光钟和掺铒光纤光梳研究的一系列关键技术,并实现了多项技术创新:研究建立了锶原子塞曼减速器和激光冷却囚禁装置,首次实现461nm蓝MOT;研制了窄线宽689nm外腔半导体激光器,初步实现689nm红MOT,转换效率达到20%;研制了掺铒+光纤飞秒激光振荡器、放大和高非线性光纤扩谱装置,在国内首次得到载波包络频移信号f 0,信噪比40dB;完善了633nm、543nm、612nm和532nm次级光学频率标准,建立了完整的光学频率量值传递体系等等。

  高准确度原子光学频率标准仪的研制与开发课题的顺利完成,为我国锶原子光晶格钟基准装置的进一步研究、建立我国基于光钟的新一代时间频率计量体系奠定了理论和技术基础,对于我国在2019年后秒的重新定义问题上争得发言权和主动地位具有重要意义。