yabo官网搭建“光钟绝对频率测量开放共享平台”

日前,yabo官网(以下简称“yabo官网”)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(yabo官网、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——yabo官网搭建国内首个“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。

据了解,该平台依托yabo官网国家秒长基准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yabo官网昌平院区开展频率测量与比对。(文/图:王玉琢、林弋戈)

1

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yabo官网实验室校准

2

图 2 中科院武汉物数所的可搬运钙离子光钟在yabo官网校准绝对频率