高精度新跨越:我國光晶格鐘研制邁向世界領先行列
近日,中國科學院國家授時中心常宏研究員帶領的鍶光鐘團隊在光晶格鐘研究領域取得了重大突破。該團隊成功研制出頻率穩(wěn)定度和系統(tǒng)不確定度均優(yōu)于2×10-18的鍶光晶格鐘,這一成果標志著我國在光晶格鐘領域的研制已步入世界領先行列。
此次研發(fā)出的鍶光晶格鐘完全滿足了 2022 年第二十七屆國際計量大會(CGPM)通過的關于 2030 年開展時間單位 “秒” 定義變更時對光鐘性能的要求,使中國成為繼美國之后,第二個實現光晶格鐘性能(頻率穩(wěn)定度和不確定度)優(yōu)于2×10-18的國家,進一步提升了我國在國際光鐘領域的話語權和影響力。
實現這一超高精度,研究人員將多項前沿技術深度融合——創(chuàng)新性地結合了移動光晶格技術、法拉第籠技術、主動控溫熱屏腔技術以及淺光晶格技術,有效解決了傳統(tǒng)鍶光鐘黑體輻射頻移和密度頻移等頻移項測量精度難以突破的問題,使其降低至10-19量級,同時將直流斯塔克頻移長期控制在10-20量級。結合高效的冷原子量子參考體系制備過程和窄線寬激光技術,使系統(tǒng)頻率穩(wěn)定度達到了 3.6×10-16 (τ/s)-0.5,1.2×10-18(57000s);系統(tǒng)總不確定度達到了1.96×10-18。
該工作以《NTSC SrII optical lattice clock with uncertainty of 2×10-18》于6 月 2 日在線發(fā)表于國際計量學領域權威學術期刊Metrologia,審稿人認為:“國家授時中心最新研制的鍶光鐘,實現了目前世界上第二小的不確定度光鐘”。盧曉同副研究員和郭峰特聘研究助理為文章第一共同作者,常宏研究員為通訊作者。論文鏈接:https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1681-7575/addc77
近年來,國家授時中心在光鐘研究領域佳績頻傳。2023 年,鍶光晶格鐘通過國家授時中心守時氫鐘和衛(wèi)星鏈路溯源國際原子時(TAI),實現了絕對頻率測量(Metrologia 2023);在鍶光晶格鐘平臺上,利用弗洛凱技術抑制淺光晶格里的隧穿效應實現了線寬在Hz量級的鐘躍遷譜線(Phys. Rev. Lett. 2022),獲中國光學十大進展提名獎;2025 年,空間光鐘國際首次實現在軌堿土金屬激光冷卻(Chin. Phys. Lett. 2025)。實現鍶光晶格鐘不確定度優(yōu)于2×10-18的研究成果,是國家授時中心在光鐘領域取得的又一重要突破。
這些成果展現了國家授時中心鍶光鐘研究團隊在時間頻率領域的深厚積淀和創(chuàng)新能力。國家授時中心將繼續(xù)努力,搶占時間頻率國際制高點,并對“秒”定義變更作出應有貢獻。

國家授時中心SrII光晶格原子鐘實驗裝置物理部分(a)和光路示意圖(b)
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