精度為1E-16的星載原子鐘項(xiàng)目的研究開展對我國將來提高授時精度和衛(wèi)星導(dǎo)航自主運(yùn)行能力，提升對地觀測以及地球重力等勢面的測量精度具有非常重要的意義；對未來開展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和提高空間科學(xué)整體發(fā)展水平意義重大。
“十二五”863計劃地球觀測與導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域主題項(xiàng)目下設(shè)課題“1E-16星載原子鐘關(guān)鍵技術(shù)研究”開展兩年來進(jìn)展順利，取得了重要的階段性成果：
1、為滿足將來高精度鋁光鐘頻率穩(wěn)定度比對測量要求，課題組完成了第二套鋁離子光鐘試驗(yàn)系統(tǒng)，攻克了激光冷卻單離子的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了離子串的激光冷卻，并且在該系統(tǒng)上獲得了穩(wěn)定囚禁的一串鈣離子，標(biāo)志著1E-16星載鋁離子光鐘的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)成功建立。考慮到將來星載空間環(huán)境對原子鐘尺寸、重量等限制，課題組對第二套光鐘物理系統(tǒng)進(jìn)行了小型化設(shè)計，在減小了線型離子阱的阱體尺寸的同時提高了離子阱的阱頻，更有利於離子邊帶冷卻的實(shí)現(xiàn)。
2、課題組突破了鋁離子光鐘研究中的另一項(xiàng)非常重要的關(guān)鍵技術(shù)-窄線寬激光器穩(wěn)頻技術(shù)，使729nm激光器的線寬壓窄到赫茲(Hz)水平，達(dá)到國際先進(jìn)水平，可很好地滿足離子拉曼邊帶冷卻實(shí)驗(yàn)要求。超高精度光鐘的原理是利用穩(wěn)定囚禁的超冷離子（或原子）的內(nèi)部穩(wěn)定的光頻躍遷譜線做參考，將超窄線寬激光器鎖定在冷離子的鐘躍遷譜線上，使激光器的頻率被伺服在離子參考譜線上，從而保證光鐘激光頻率輸出的超強(qiáng)穩(wěn)定性。
3、課題組還完成了激光器一體化集成設(shè)計和加工，建立了小型化光纖飛秒光梳測量裝置。在星載原子鐘關(guān)鍵技術(shù)研究中，需要利用光梳頻率測量裝置對光鐘的輸出絕對頻率進(jìn)行長時間穩(wěn)定的測量。利用光梳裝置可以給出原子光鐘的穩(wěn)定度指標(biāo)，同時可以對光鐘的不確定度進(jìn)行評估。小型化光纖飛秒光疏可以保證長時間連續(xù)可靠運(yùn)行。
從立項(xiàng)到中期階段，課題組分別在光鐘的三大技術(shù)部件-“光鐘物理系統(tǒng)”，“窄線寬激光器穩(wěn)頻技術(shù)”，“飛秒光疏”都取得了較好的研究進(jìn)展，為將來開展呂離子協(xié)同冷卻及邏輯光譜探測和光鐘閉環(huán)鎖定打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。
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