高精度的冷原子光頻標(biāo)是目前頻率準(zhǔn)確度最高的原子時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)。近日，中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所高克林研究組在光頻標(biāo)研究中取得新進(jìn)展：成功研制出兩臺鈣離子光頻標(biāo)，并完成兩臺鈣離子光頻標(biāo)的頻率比對，研究表明兩臺光頻標(biāo)的精度和頻率穩(wěn)定度均達(dá)到10-17。研究成果發(fā)表于2016年1月8日的《物理評論快報(bào)》(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(guān)鍵技術(shù)，曾于2012年研制出國內(nèi)首臺鈣離子光頻標(biāo)，當(dāng)時(shí)的精度達(dá)到了7 X 10-16，相當(dāng)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(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)研究，研制出第二臺鈣離子光頻標(biāo)。進(jìn)行了兩臺鈣離子光頻標(biāo)的頻率比對實(shí)驗(yàn)，由此開展了離子微運(yùn)動(dòng)抑制、光場ac-Stark頻移、電四極頻移以及黑體輻射頻移等細(xì)致的實(shí)驗(yàn)，研制的兩臺光頻標(biāo)的精度均達(dá)到5 X 10-17，相當(dāng)于6億年不差1秒。這兩臺鈣離子光頻標(biāo)比對的結(jié)果證實(shí)其2萬秒的頻率穩(wěn)定度達(dá)到了7 X 10-17。在此基礎(chǔ)上，基于GPS系統(tǒng)的超高精度遠(yuǎn)程光頻絕對值測量方案，實(shí)現(xiàn)了鈣離子4S1/2-3D5/2躍遷頻率絕對值的進(jìn)一步測量。光頻躍遷為：411 042 129 776 401.7(1.1) Hz。該項(xiàng)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(dá)到10-17水平的第五種離子光頻標(biāo)。
2015年9月29日，該鈣離子光頻標(biāo)的絕對頻率測量數(shù)據(jù)再次被國際時(shí)間頻率咨詢委員會會議(CCTF20)采納，對修改鈣離子光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)頻率作出了新的貢獻(xiàn)。
該項(xiàng)工作得到科技部、國家自然科學(xué)基金委和中科院的資助，也得到華東師范大學(xué)教授馬龍生和計(jì)量科學(xué)研究院研究員李天初的支持。
兩臺鈣離子光頻標(biāo)的頻率不確定度和2萬秒穩(wěn)定度均達(dá)到10-17，基于GPS系統(tǒng)的超高精度遠(yuǎn)程光頻絕對值測量方案，實(shí)現(xiàn)了鈣離子4S1/2-3D5/2躍遷頻率絕對值的進(jìn)一步測量，光頻躍遷為：411 042 129 776 401.7(1.1) Hz
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