近日，中科院精密測量科學與技術創新研究院研究員高克林團隊實現高精度可搬運鈣離子光頻標，相關成果分別發表于《國家科學評論》和《物理評論A》的快速通訊。

　　原子頻標是參考原子內部穩定能級的量子躍遷頻率做成的頻率標準。光頻標是參考躍遷頻率處于光波段的原子頻標。由于光頻比微波頻率高4～5個數量級，其準確度比目前的秒定義參考銫原子噴泉鐘高幾個數量級，有望成為下一代的秒定義參考。除了在時間計量方面的應用外，高精度光頻標還將在基本物理常數測量、基本物理規律檢驗、相對論大地測量和導航等方面具有重要應用，成為國際競爭激烈的關鍵科技領域。

　　要實現高精度光頻標，需要突破原子/離子的囚禁、激光冷卻、窄線寬激光技術等一系列關鍵技術，對原子/離子的外場環境進行精準控制，并對各種物理效應進行細致的評估。

　　據了解，高克林團隊經過十余年努力，突破一系列關鍵技術，研制出不確定度為2×10^-17、長期穩定度達到10^-18量級的鈣離子光頻標。這是目前國際上不確定度和穩定度水平最高的鈣離子光頻標。光頻標的長期穩定度達到10^-18量級，表明其能分辨出約20億億分之一秒的微弱時間/頻率變化，這也是繼德國聯邦物理技術研究院（PTB）研制的鐿離子光頻標后，國際上第二種達到如此高分辨能力的離子光頻標。

　　要實現高精度光頻標更廣泛的應用，可搬運是非常必要的。光頻標體積龐大、運行率低，實現光頻標的系統集成化、可靠和高精度地運行具有極高的挑戰性?！盀榱藢崿F光頻標的可搬運，我們通過集成化設計提高了光頻標的魯棒性；研制出可搬運的超窄線寬穩頻激光器；開發了一套半自動化鎖定軟件，光頻標的運行率達到75%以上；對系統頻移進行了細致的實驗研究，將光頻標的不確定度推進至1.3×10^-17?！备呖肆纸榻B道。

　　該可搬運光頻標實現車載，從武漢成功搬運到距離1200千米的中國計量科學研究院，與該單位合作首次實現16位有效數字的鈣離子光頻標鐘躍遷絕對頻率測量。

　　據調研，該車載光頻標是是國際上運行率較高的少數幾臺光頻標之一，也是國際上不確定度指標最高的可移動離子光頻標。

　　該工作得到了科技部、國家自然科學基金委和中科院的資助。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa119 

　　https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.102.050802

      《中國科學報》新聞鏈接：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/12/450107.shtm