高精度的冷原子光頻標是目前頻率準確度最高的原子時間頻率標準。近日，中國科學院武漢物理與數(shù)學研究所高克林研究組在光頻標研究中取得新進展：成功研制出兩臺鈣離子光頻標，并完成兩臺鈣離子光頻標的頻率比對，研究表明兩臺光頻標的精度和頻率穩(wěn)定度均達到10-17。研究成果發(fā)表于2016年1月8日的《物理評論快報》(Phys. Rev. Lett. 116, 013001 (2016))。
此前，該研究組經(jīng)過10余年的努力，突破了一系列物理和關鍵技術(shù)，曾于2012年研制出國內(nèi)首臺鈣離子光頻標，當時的精度達到了7 X 10-16，相當于4千萬年不差1秒。
近年來，該研究組管樺、黃垚開展了超窄線寬激光和磁場精密控制等多方面關鍵技術(shù)的攻關研究，研制出第二臺鈣離子光頻標。進行了兩臺鈣離子光頻標的頻率比對實驗，由此開展了離子微運動抑制、光場ac-Stark頻移、電四極頻移以及黑體輻射頻移等細致的實驗，研制的兩臺光頻標的精度均達到5 X 10-17，相當于6億年不差1秒。這兩臺鈣離子光頻標比對的結(jié)果證實其2萬秒的頻率穩(wěn)定度達到了7 X 10-17。在此基礎上，基于GPS系統(tǒng)的超高精度遠程光頻絕對值測量方案，實現(xiàn)了鈣離子4S1/2-3D5/2躍遷頻率絕對值的進一步測量。光頻躍遷為：411 042 129 776 401.7(1.1) Hz。該項工作使得Ca+成為繼Hg+(美國NIST)、Al+(美國NIST)、Yb+(英國NPL/德國PTB)和 Sr+(英國NPL/加拿大NRC)離子之后不確定度達到10-17水平的第五種離子光頻標。
2015年9月29日，該鈣離子光頻標的絕對頻率測量數(shù)據(jù)再次被國際時間頻率咨詢委員會會議(CCTF20)采納，對修改鈣離子光學標準頻率作出了新的貢獻。
該項工作得到科技部、國家自然科學基金委和中科院的資助，也得到華東師范大學教授馬龍生和計量科學研究院研究員李天初的支持。
兩臺鈣離子光頻標的頻率不確定度和2萬秒穩(wěn)定度均達到10-17，基于GPS系統(tǒng)的超高精度遠程光頻絕對值測量方案，實現(xiàn)了鈣離子4S1/2-3D5/2躍遷頻率絕對值的進一步測量，光頻躍遷為：411 042 129 776 401.7(1.1) Hz
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