為奠定中國在“秒”定義修改中話語權(quán)

中國計(jì)量院搭建“光鐘絕對頻率測量開放共享平臺”

本報(bào)訊 （記者史玉成）當(dāng)前，修改“秒”定義成為國際計(jì)量界的主要議題。最近，中國計(jì)量科學(xué)研究院（以下簡稱中國計(jì)量院）搭建了國內(nèi)首個(gè)“光鐘絕對頻率測量開放共享平臺”，重點(diǎn)支持國內(nèi)10余家單位近20臺光鐘，實(shí)現(xiàn)高水平光鐘絕對頻率量值評估，以奠定中國在“秒”定義修改中的國際話語權(quán)。

2019年5月20日，國際單位制SI發(fā)生了根本性飛躍，“秒”作為長度、電流等單位復(fù)現(xiàn)的基礎(chǔ)物理量，重要性進(jìn)一步凸顯。因此，國際計(jì)量局（BIPM）時(shí)間頻率咨詢委員會（CCTF）及國際單位制咨詢委員會（CCU）正在積極推進(jìn)“秒”定義修改的討論。

目前，銫原子噴泉鐘是“秒”定義的復(fù)現(xiàn)裝置。近年來，隨著激光冷卻和飛秒光梳技術(shù)的高速發(fā)展，光鐘表現(xiàn)出了超過銫原子噴泉鐘2個(gè)數(shù)量級的潛在優(yōu)勢。2006年第17次國際時(shí)間頻率咨詢委員會（CCTF）會議通過了鍶原子、鍶離子、鐿原子、鐿離子、汞原子、汞離子、鋁離子的光鐘頻率作為國際時(shí)間單位“秒”的次級定義。

據(jù)了解，“光鐘絕對頻率測量開放共享平臺”依托中國計(jì)量院國家秒長基準(zhǔn)NIM5和原子時(shí)標(biāo)國家計(jì)量基準(zhǔn)UTC（NIM），采用兩種獨(dú)立技術(shù)體系測量光鐘絕對頻率?；趦蓚€(gè)測量結(jié)果進(jìn)行雙盲驗(yàn)證，最大程度抑制了由測量設(shè)備、測量過程、測量條件和數(shù)據(jù)處理等引入的不確定性，保障了光頻量值溯源的準(zhǔn)確與可靠，頻率校準(zhǔn)能力最高達(dá)E-16量級。該技術(shù)指標(biāo)也是目前國際上光鐘絕對頻率測量的最高水平之一，為我國加快探索光鐘駕馭氫鐘產(chǎn)生下一代時(shí)間基準(zhǔn)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，對于建設(shè)我國獨(dú)立自主、準(zhǔn)確可靠的時(shí)間頻率體系意義深遠(yuǎn)。

平臺的主要設(shè)施及技術(shù)指標(biāo)包括2臺銫原子噴泉基準(zhǔn)鐘NIM5和NIM6，其中后者頻率不確定度優(yōu)于5.8E-16，相當(dāng)于5400萬年不差1秒；1套原子時(shí)標(biāo)國家計(jì)量基準(zhǔn)UTC（NIM），時(shí)間穩(wěn)定度0.16ns/5d，達(dá)到了同期國際領(lǐng)先水平；多套高穩(wěn)定性光纖光頻梳裝置，連續(xù)鎖定時(shí)間達(dá)30天以上、梳齒線寬達(dá)Hz量級，突破了窄線寬光頻梳技術(shù)壁壘。

最近幾年，我國鍶原子（中國計(jì)量院、中科院國家授時(shí)中心）、鐿原子（華東師范大學(xué)、中科院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所）、鈣離子（中科院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所）、鋁離子（中科院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所、華中科技大學(xué)）等光鐘研究取得了較大進(jìn)展，其頻率不確定度已達(dá)到10-16~10-17量級，預(yù)計(jì)很快全面進(jìn)入10-18量級。

目前，中科院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所2臺鈣離子光鐘、中科院上海光機(jī)所和華力創(chuàng)通公司各1臺銣原子噴泉鐘已送至中國計(jì)量院昌平實(shí)驗(yàn)基地開展頻率測量與比對。

《中國質(zhì)量報(bào)》