中国计量院组建了我国首个“光钟绝对频率测量开放共享平台"

   日期:2020-05-22     来源:中国仪器网    浏览:11    评论:0    
核心提示:近期,中国计量科学研究院组建了我国首个“光钟绝对频率测量开放共享平台"。
  近期,中国计量科学研究院组建了我国首个“光钟绝对频率测量开放共享平台"。

       时间频率标准是人类生产和科学活动的基本条件。每一次时频精度的提高,都使人们在更深的层次上认识物质世界。“秒”的定义是时间标准的基础,目前通用“秒”的定义是以原子在微波波段上的跃迁为标准的。而“光钟”则是利用原子在光波波段上的跃迁为标准的。

       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。

       绝对频率,了解一下!

       稳定度优于6.44×10-13.在此基础上建立了绝对频率的直接测量系统,即利用波长计直接测量光梳的齿数n,并通过拍频法,测出633nm半导体激光频标与飞秒光梳的差频,从而计算出相应谱线的绝对频率。

  

       什么是“光钟”

       由中国计量科学研究院研制的“锶87原子光晶格钟”的简称。其数据首次被国际频率标准工作组采纳,为我国未来在重新定义秒的国际问题上争得了话语权。

       锶87原子光晶格钟(锶光钟)是目前世界上频率稳定度最高的原子钟,也是研究最多的冷原子光晶格钟,其频率不确定度已经达到2.1×10-18,高出现行秒定义所采用的铯原子喷泉钟2个数量级,被认为是新一代秒定义最有潜力的候选之一。目前,已向国际频率标准工作组报数的锶87原子光晶格钟的单位共7家,除中国计量院外,还有美国科罗拉多大学与美国标准与技术研究院联合实验室(JILA)、日本东京大学、法国巴黎天文台时间频率标准实验室(LNE-SYRTE)、德国联邦物理技术研究院(PTB)、日本情报通信研究机构(NICT)和日本国家计量院(NMIJ)。

       “光钟”有什么作用

       光学时钟在许多方面都极其有用。比如说,它能够让GPS导航精确到几厘米以内,而不是传统的几米范围。它也能帮助管理电网和计算机金融网络。

       GPS定位需要连接至少四颗卫星,每一颗卫星都会提供一个时间标识,随后这些数据被用于推断装置的位置,比如说智能手机的定位。目前来说光学时钟都是大型的复杂装置,但是Menlo公司的研究人员研发了一个重量仅22公斤、宽22厘米的光学时钟。它也非常牢固,足以承受火箭发射时所带来的超快加速。

       由于光学频率比微波频率高出4到5个数量级,因此在相同跃迁谱线线宽的条件下,光钟的不确定精度将优于微波钟100到1000倍。通俗地讲就是用它计时精度更高。此外,“光频标”技术不仅能提高计时精度,还能优化精密仪器制造、卫星定位等技术。

       铯冷原子喷泉钟

       在激光冷却操控原子技术的基础上,直接诞生了铯喷泉原子钟,将原子钟水平提高了一个量级。国际上以美国国家标准技术研究院的NIST-F1铯喷泉钟最准确。 中国计量科学研究院研制的我国铯原子喷泉基准钟(NIM4#),2004年投入运行。 中科院国家授时中心也正在研制用于守时应用的铯喷泉原子钟。

       计量已成为国家核心竞争力的重要标志之一,计量精度的每一次提高,都给相关领域的测量、科学仪器的进步和技术创新以极大的推动力量。我国研制的“量子化霍尔电阻基准”,其不确定度优于国际最好水平10倍,位列国际同类基准之首;“铯冷原子喷泉钟”准确度已相当于1500万年不差一秒,标志着我国成为世界少数具有独立完整时间频率体系的国家之一。
 
日期: 2020-05-22
标签: 中国计量科学研究院 计量科学 光钟绝对频率测量开放共享平台 时间频率 时间频率标准 中国计量院
 
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