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中国计量院搭建“光钟绝对频率测量开放共享平台”


  来源: 计量院 时间:2020-05-19 编辑:仪器仪商WXF
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日前,中国计量科学研究院(以下简称“中国计量院”)成功搭建国内首个“光钟绝对频率测量开放共享平台”。该平台旨在支持国内10余家单位近20台光钟的研究工作,带动我国时间频率研究和应用整体水平提升,在即将到来的新一轮“秒”定义变革中作出中国贡献。


时间单位“秒”是国际单位制(SI)7个基本单位之一,也是长度、电流等单位复现的基础物理量,对科学研究和社会生活影响巨大。


目前,铯原子喷泉钟是秒定义的复现装置,近年来随着激光冷却和飞秒光梳技术的高速发展,光钟表现出了超过铯原子喷泉钟2个数量级的潜在优势,2006年第17次国际时间频率咨询委员会(CCTF)会议通过了锶原子、锶离子、镱原子、镱离子、汞原子、汞离子、铝离子的光钟频率作为国际时间单位“秒”的次级定义。近几年,我国锶原子(中国计量科学研究院、中科院国家授时中心)、镱原子(华东师范大学、中科院武汉物理与数学研究所)、钙离子(中科院武汉物理与数学研究所)、铝离子(中科院武汉物理与数学研究所、华中科技大学)等光钟研究取得了较大进展,其频率不确定度已达到10-16 ~ 10-17量级,预计很快全面进入10-18量级。


2019年520世界计量日,国际单位制新定义正式实施,修改“秒”定义成为国际计量界的主要议题。国际计量局(BIPM)时间频率咨询委员会(CCTF)及国际单位制咨询委员会(CCU)都在积极推进秒定义修改的讨论。为此,作为我国的国家计量院——中国计量院搭建国内首个“光钟绝对频率测量开放共享平台”,重点支持国内相关机构共同尽早取得技术突破,实现高水平光钟绝对频率量值评估,奠定中国在国际秒定义修改中的话语权。



图1 中科院上海光机所和华力创通公司的两台铷原子喷泉钟在中国计量院实验室校准



据了解,该平台依托中国计量院国家秒长基准NIM5和原子时标国家计量基准UTC(NIM),采用两种独立技术体系测量光钟绝对频率。基于两个测量结果进行双盲验证,最大程度抑制了由测量设备、测量过程、测量条件和数据处理等引入的不确定性,保障了光频量值溯源的准确与可靠,频率校准能力最高达E-16量级,该技术指标也是目前国际上光钟绝对频率测量的最高水平之一。为我国加快探索光钟驾驭氢钟产生下一代时间基准奠定了技术基础,对于建设我国独立自主、准确可靠的时间频率体系意义深远。


主要设施及技术指标:2台铯原子喷泉基准钟NIM5和NIM6,其中后者频率不确定度优于5.8E-16,相当于5400万年不差1秒;1套原子时标国家计量基准UTC(NIM),时间稳定度0.16ns/5d,达到了同期国际领先水平;多套高稳定性光纤光频梳装置,连续锁定时间达30天以上、梳齿线宽达Hz量级,突破了窄线宽光频梳技术壁垒。


目前,中国科学院武汉物理与数学研究所2台钙离子光钟、中国科学院上海光机所和华力创通公司各1台铷原子喷泉钟已送至中国计量院昌平院区开展频率测量与比对。


图 2 中科院武汉物数所的可搬运钙离子光钟在中国计量院校准绝对频率

关键词:计量院 光钟绝对频率测量 开放共享平台    浏览量:346

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