近日,中國科學(xué)院國家授時中心常宏研究員帶領(lǐng)的鍶光鐘團(tuán)隊(duì)在光晶格鐘研究領(lǐng)域取得了重大突破。該團(tuán)隊(duì)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(biāo)志著我國在光晶格鐘領(lǐng)域的研制已步入世界領(lǐng)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(guān)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(shí)現(xiàn)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(jìn)一步提升了我國在國際光鐘領(lǐng)域的話語權(quán)和影響力。
實(shí)現(xiàn)這一超高精度,研究人員將多項(xiàng)前沿技術(shù)深度融合——創(chuàng)新性地結(jié)合了移動光晶格技術(shù)、法拉第籠技術(shù)、主動控溫?zé)崞燎患夹g(shù)以及淺光晶格技術(shù),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(xiàng)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(jié)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(shù),使系統(tǒng)頻率穩(wěn)定度達(dá)到了?3.6×10-16?(τ/s)-0.5,1.2×10-18(57000s);系統(tǒng)總不確定度達(dá)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(xué)領(lǐng)域權(quán)威學(xué)術(shù)期刊Metrologia,審稿人認(rèn)為:“國家授時中心最新研制的鍶光鐘,實(shí)現(xiàn)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(lǐng)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(shí)現(xiàn)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(shù)抑制淺光晶格里的隧穿效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了線寬在Hz量級的鐘躍遷譜線(Phys. Rev. Lett. 2022),獲中國光學(xué)十大進(jìn)展提名獎;2025?年,空間光鐘國際首次實(shí)現(xiàn)在軌堿土金屬激光冷卻(Chin. Phys. Lett. 2025)。實(shí)現(xiàn)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(lǐng)域取得的又一重要突破。
這些成果展現(xiàn)了國家授時中心鍶光鐘研究團(tuán)隊(duì)在時間頻率領(lǐng)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(diǎn),并對“秒”定義變更作出應(yīng)有貢獻(xiàn)。

國家授時中心SrII光晶格原子鐘實(shí)驗(yàn)裝置物理部分(a)和光路示意圖(b)