計量論壇

2月19日，《中國科學報》從華東師范大學獲悉，該校精密光譜科學與技術國家重點實驗室徐信業課題組實現了對冷鐿原子光鐘絕對頻率的精確測量，相關數據已上報國際計量委員會，并被采納。這是我國首次向國際組織成功上報鐿原子絕對頻率數據，對我國在下一輪國際單位“秒”定義修改過程中爭得話語權具有重要意義。相關研究成果近日發表于《計量學》，并得到了審稿人的積極評價——“他們的測量值與國際計量委員會所認可的作為國際單位‘秒’二級定義的中性鐿原子的推薦值吻合得很好”。

精密測量是現代科學技術發展的基礎，其中頻率測量具有最高的測量精度，決定著其他許多物理量和物理常數的準確度。現行頻率標準的制定都基于微波原子鐘，與其相比，冷原子光鐘在頻率精度上有3~5個數量級的理論提升空間，因此具有更大的發展潛力。經過多年發展，光鐘各項性能指標基本全面優于最好的微波原子鐘，有望成為下一代時間頻率標準并用于重新定義國際單位“秒”。

徐信業課題組多年來一直致力于研究可應用在計量、通信和精密測量等領域的冷鐿原子光鐘，獲得了一系列研究成果。對絕對頻率進行測量是光鐘研究的重要內容之一，也標志著光鐘系統的最終建立。徐信業課題組自2015年開始建設提供本地頻率基準的氫鐘系統，搭建華東師范大學（上海）和中國計量科學研究院（北京）間的GPS載波相位頻率傳遞鏈路。研究人員在進行絕對頻率測量實驗中，將光梳參考在氫鐘上，并通過已建立的GPS載波相位頻率傳遞鏈路進行校準，最終將光鐘頻率溯源到國際單位制“秒”上。

基于15天光鐘運行的測量數據，通過對整個測量系統及傳遞鏈路不確定度的評估，與中國計量科學研究院合作進行長達半年的數據處理，最終獲得了171Yb 6s2 1S0-6s6p 3P0躍遷的絕對頻率值為518 295 836 590 863.30(38) Hz，相應不確定度為7.3×10[sup]-16[/sup]。該課題組通過中國計量科學研究院向國際時間頻率咨詢委員會（CCTF）提交了冷鐿原子光鐘絕對頻率測量值，在2020年11月收到通知：“來自華東師大的171Yb數據已經在上個月被國際頻率標準工作小組（WGFS）接受，并已經被發表”。

徐信業教授表示，絕對頻率的測量為我國建立基于光鐘的新一代時間頻率計量體系奠定技術基礎，將對促進基本科學問題的研究、提高有賴于時間基準的導航定位系統的精度（如我國北斗系統）、高速通信以及深空探測等領域具有重大的應用價值。