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近期，中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院梅剛?cè)A研究團(tuán)隊(duì)研制的銣原子鐘，測(cè)得9.0×10-14τ-1/2（1s~100s）的短期頻率穩(wěn)定度測(cè)量結(jié)果。這是銣原子鐘頻率穩(wěn)定度指標(biāo)首次進(jìn)入10-14τ-1/2量級(jí)。相關(guān)論文近日為國(guó)際權(quán)威期刊《IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement》上發(fā)表，并在IEEE官方網(wǎng)站先期刊出。

頻率穩(wěn)定度是原子鐘的核心指標(biāo)。為了進(jìn)一步改善銣原子鐘的頻率穩(wěn)定度，研究人員從提高原子信號(hào)信噪比、降低探尋微波的相位噪聲和抑制原子體系的環(huán)境敏感性三方面入手。物理系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的開(kāi)槽管微波腔、內(nèi)徑為40 mm的大尺寸銣氣泡、高光譜純度抽運(yùn)光源和雙重濾光等新技術(shù)，將原子信號(hào)信噪比決定的頻率穩(wěn)定度提升到4.7×10-14τ-1/2水平。設(shè)計(jì)了一款低相噪頻率綜合器，將電路噪聲對(duì)銣鐘穩(wěn)定度的影響控制在6.0×10-14τ-1/2 水平。研究人員還利用密封箱實(shí)現(xiàn)物理系統(tǒng)與大氣環(huán)境的隔離，將大氣環(huán)境氣壓波動(dòng)對(duì)銣鐘穩(wěn)定度的影響減小了一個(gè)數(shù)量級(jí)?；谝陨霞夹g(shù)，研制出新型銣原子鐘原理樣機(jī)。利用主動(dòng)型氫鐘（H-maser）和超腔光生微波（OMG）作為參考源，測(cè)量了銣鐘頻率穩(wěn)定度。扣除參考源影響后的結(jié)果顯示，銣鐘短期頻率穩(wěn)定度分別為9.0×10-14τ-1/2 (1s~100s)和 9.1×10-14τ -1/2 (1s~100s)，如下圖中紅色虛線所示。

銣原子鐘是目前市場(chǎng)占有率最高的原子鐘，廣泛用于衛(wèi)星導(dǎo)航、通信、電力、金融等國(guó)防和經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。商用小型化銣鐘頻率穩(wěn)定度多在10-11τ-1/2到10-12τ-1/2水平。梅剛?cè)A團(tuán)隊(duì)的此項(xiàng)結(jié)果創(chuàng)造了銣鐘頻率穩(wěn)定度新的國(guó)際紀(jì)錄，而此前的國(guó)際紀(jì)錄也是由該團(tuán)隊(duì)保持，為我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)研制的第三代星載銣原子鐘，頻率穩(wěn)定度為7.0×10-13τ-1/2，是國(guó)際首款穩(wěn)定度為10-13τ-1/2量級(jí)的銣原子鐘。此次技術(shù)突破，進(jìn)一步擴(kuò)大了我國(guó)銣原子鐘技術(shù)的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，對(duì)于發(fā)展高品質(zhì)微波振蕩器技術(shù)、研制新一代北斗系統(tǒng)星載原子鐘具有重要意義。

該突破性進(jìn)展以“Realization of a Rubidium Atomic Frequency Standard with Short-Term Stability in 10-14τ-1/2 Level”為題發(fā)表在《IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement》 上（Early Access），博士生崔家齊為第一作者，梅剛?cè)A、鐘達(dá)為通訊作者，精密測(cè)量院為唯一完成單位。

   文章鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10379164