2007年2月27日上午10点,党中央国务院召开的国家科学技术奖励大会在人民大会堂举行,党和国家领导人出席了大会,国务院总理温家宝发表了重要讲话。这次大会奖励共计329项。中国计量科学研究院研究建立的激光冷却-铯原子喷泉时间频率基准装置荣获国家科技进步一等奖。
时间单位秒(s)是国际计量单位制(SI)规定的七个基本物理量中最重要的一个。
1967年国际计量大会通过决议, 将秒的定义从天文秒改为基于铯原子跃迁的原子秒。从此, 实验室型铯原子钟提供复现秒定义的手段, 成为时间频率计量的基准装置。
由于时间频率基准关系国家核心利益, 自1967年定义原子秒以来, 美国、法国、德国等发达国家计量机构持续不断地投入人力物力财力研制实验室型铯原子钟作为国家时间频率基准复现秒定义。
铯原子喷泉时间频率基准装置的研究是我院承担的国家科技部重大科研课题。该项目1996年在国家自然基金委立项,1999年得到国家科技部的进一步支持,2001年28位院士到院参观,给予了关注,国家加大了投资的力度,经过科技人员的刻苦攻关,终于独立自主研制出了我国的新一代时间频率基准—NIM4激光冷却-铯原子喷泉时间频率基准装置(简称铯原子喷泉钟)。铯原子喷泉钟复现秒定义,是时间频率计量体系的溯源源头。建立独立自主的时间频率计量体系事关国家基础科学、国民经济、国防建设的核心利益。
铯原子喷泉钟以周期循环方式工作。在一个工作周期, 利用六束激光俘获并冷却铯原子, 利用激光推动冷原子云上抛, 继而在重力作用下回落, 形成原子喷泉; 铯原子云在上抛回落过程中两次与微波作用, 发生秒定义钟跃迁, 继续下落与探测激光作用产生荧光; 携带微波频率误差信息的荧光信号被探测器接收, 经计算机处理, 伺服微波频率, 完成一个喷泉测量周期。如此周而复始, 将频率源的频率伺服控制到铯原子的秒定义跃迁频率, 产生标准频率。由于应用激光冷却-原子喷泉技术,减小了传统铯束原子频标中几项主要误差,使铯原子喷泉钟频率稳定性,复现性和不确定度得到显著改善。
NIM4铯喷泉钟2003年通过鉴定, 达到技术指标:
- 运行率95%;
- 频率稳定性8×10-13/t1/2, 频率复现性5×10-15;
- 不确定度8.5×10-15。
2004年NIM4铯喷泉钟批准为国家时间频率基准运行。
激光冷却-铯原子喷泉时间频率基准装置创造性地解决了技术上的一系列问题,具有我国的创新和特色。它集中了当代原子物理、波谱、激光-光学、高真空、电子学、计算机和计量学等一系列前沿的科学成果和工艺技术,代表了时间频率计量科学的最高水平。NIM4激光冷却-铯原子喷泉钟研制成功,表明中国时间频率基准研究进入世界先进行列,标志着中国成为国际少数具有独立完整时间频率计量体系的国家之一。
NIM4铯原子喷泉钟建立中国时间频率计量的源头,使我国时间频率基准研究重新进入国际先进行列。NIM4铯原子喷泉钟平时校准守时钟, 提高NIM原子时TA(NIM)在国际原子时协作中的权重; 一旦非常时期GPS关闭,NIM4铯原子喷泉钟可独立校准TA(NIM),保障中国时间频率体系准确完整运行, 为中国经济和国防服务,这将具有重大的社会效益和经济效益。
铯原子喷泉钟的研制是国家基础研究方面的重大课题,成果的取得有着深远意义,它对国家的安全起着重大作用。总结铯原子喷泉钟的基础上积累经验,为NIM5铯喷泉钟的顺利完成奠定基础。
激光冷却-铯原子喷泉时间频率基准装置研制成功的消息,在中央电视台新闻联播重要时段、北京电视台以及人民日报、科技日报等多家媒体得到了广泛的报导宣传。 |
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