冷镱原子光钟成功向国际计量委员会报数

新闻专员

2月19日，《中国科学报》从华东师范大学获悉，该校精密光谱科学与技术国家重点实验室徐信业课题组实现了对冷镱原子光钟绝对频率的精确测量，相关数据已上报国际计量委员会，并被采纳。这是我国首次向国际组织成功上报镱原子绝对频率数据，对我国在下一轮国际单位“秒”定义修改过程中争得话语权具有重要意义。相关研究成果近日发表于《计量学》，并得到了审稿人的积极评价——“他们的测量值与国际计量委员会所认可的作为国际单位‘秒’二级定义的中性镱原子的推荐值吻合得很好”。

精密测量是现代科学技术发展的基础，其中频率测量具有最高的测量精度，决定着其他许多物理量和物理常数的准确度。现行频率标准的制定都基于微波原子钟，与其相比，冷原子光钟在频率精度上有3~5个数量级的理论提升空间，因此具有更大的发展潜力。经过多年发展，光钟各项性能指标基本全面优于最好的微波原子钟，有望成为下一代时间频率标准并用于重新定义国际单位“秒”。

徐信业课题组多年来一直致力于研究可应用在计量、通信和精密测量等领域的冷镱原子光钟，获得了一系列研究成果。对绝对频率进行测量是光钟研究的重要内容之一，也标志着光钟系统的最终建立。徐信业课题组自2015年开始建设提供本地频率基准的氢钟系统，搭建华东师范大学（上海）和中国计量科学研究院（北京）间的GPS载波相位频率传递链路。研究人员在进行绝对频率测量实验中，将光梳参考在氢钟上，并通过已建立的GPS载波相位频率传递链路进行校准，最终将光钟频率溯源到国际单位制“秒”上。

基于15天光钟运行的测量数据，通过对整个测量系统及传递链路不确定度的评估，与中国计量科学研究院合作进行长达半年的数据处理，最终获得了171Yb 6s2 1S0-6s6p 3P0跃迁的绝对频率值为518 295 836 590 863.30(38) Hz，相应不确定度为7.3×10^-16。该课题组通过中国计量科学研究院向国际时间频率咨询委员会（CCTF）提交了冷镱原子光钟绝对频率测量值，在2020年11月收到通知：“来自华东师大的171Yb数据已经在上个月被国际频率标准工作小组（WGFS）接受，并已经被发表”。

徐信业教授表示，绝对频率的测量为我国建立基于光钟的新一代时间频率计量体系奠定技术基础，将对促进基本科学问题的研究、提高有赖于时间基准的导航定位系统的精度（如我国北斗系统）、高速通信以及深空探测等领域具有重大的应用价值。

相关论文信息：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1681-7575/abb879