【摘 要】
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目前,国际单位制(SI)中的秒是定义在铯原子超精细结构微波频率跃迁上,由全球多台铯原子喷泉钟钟组实现SI秒的复现,喷泉钟钟组由世界上几个国家的实验室研制并维护。光钟的钟跃迁频率处于光频波段,比微波钟高4-5个数量级,因而,相较于微波钟,光钟可以具有更高的不确定度和稳定度指标。目前,国际上的一些光钟在不确定度和稳定度上都已经比最好的铯原子喷泉钟高2个数量级,未来的秒定义可能会定义到光钟的光频跃迁上。
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院精密测量科学与技术创新研究院)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院精密测量科学与技术创新研究院)
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目前,国际单位制(SI)中的秒是定义在铯原子超精细结构微波频率跃迁上,由全球多台铯原子喷泉钟钟组实现SI秒的复现,喷泉钟钟组由世界上几个国家的实验室研制并维护。光钟的钟跃迁频率处于光频波段,比微波钟高4-5个数量级,因而,相较于微波钟,光钟可以具有更高的不确定度和稳定度指标。目前,国际上的一些光钟在不确定度和稳定度上都已经比最好的铯原子喷泉钟高2个数量级,未来的秒定义可能会定义到光钟的光频跃迁上。为此,我们研制了一台可搬运钙离子光钟,同中国计量科学研究院合作,进行钙离子光钟绝对频率的溯源研究(分别溯源到喷泉钟及国际SI秒)以及钙离子光钟同锶原子光晶格钟的频率比对研究。取得的主要工作进展如下:1.以主要完成人设计并建立了一台可搬运钙离子光钟,系统不确定度1.3 ×10-17,稳定度5 × 10-15/(?)。该光钟可在室外-20℃到40℃的温度环境下稳定运行。2.可搬运钙离子光钟与实验室钙离子光钟频率比对,进行引力红移测量,验证该光钟具有分米量级的高程差分辨率。3.把可搬运钙离子光钟从武汉搬运至北京中国计量科学研究院,同中国计量科学研究院合作,直接通过UTC(NIM),把钙离子光钟的频率溯源到SI秒,测得钙离子光钟的绝对频率为411 042 129 776 400.41(23)Hz,相对不确定度5.6 × 10-16,首次把钙离子光钟的绝对频率测量到E-16量级,该测量值被时间频率咨询委员会(CCTF)于2021年3月采纳,推荐钙离子光钟的钟跃迁成为次级秒定义(SRS)参考。4.同华东师范大学和中国计量科学研究院合作,利用传递振荡器(Transfer oscillator)的方法,把中国计量科学研究院锶原子光晶格钟698nm钟激光的稳定度通过光梳传递到钙离子光钟729nm钟激光上,获得1.4 Hz的钙离子光钟钟跃迁谱线,同时把钙离子光钟的稳定度提高到1.4 × 10-15/(?)。
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