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我科學(xué)家實(shí)現(xiàn)百公里級(jí)自由空間高精度時(shí)間頻率傳遞

可滿足目前最高精度光鐘的時(shí)間傳遞要求

2022年10月10日08:53 | 來源:人民網(wǎng)-《人民日?qǐng)?bào)》
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本報(bào)北京10月9日電  (記者吳月輝、徐靖)記者從中國科學(xué)院獲悉:近日,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團(tuán)隊(duì)與中科院上海技物所等單位合作,在國際上首次實(shí)現(xiàn)百公里級(jí)的自由空間高精度時(shí)間頻率傳遞實(shí)驗(yàn),時(shí)間傳遞穩(wěn)定度達(dá)到飛秒量級(jí),頻率傳遞萬秒穩(wěn)定度優(yōu)于4E—19(相當(dāng)于時(shí)鐘在約1000億年內(nèi)的誤差不超過1秒),可滿足目前最高精度光鐘的時(shí)間傳遞要求。該成果于10月5日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然》。

秒是七大基本物理量之一。當(dāng)前,人們所用“秒”的定義在1967年被確定,其由銫原子鐘定義。銫原子鐘的頻率在微波波段,能做到1億年誤差僅有1秒。近年來,科學(xué)家們又開發(fā)了鍶、鐿等新型原子鐘,它們的頻率要更高,在光學(xué)波段,因此被稱作“光學(xué)原子鐘”,簡稱“光鐘”。這有望形成新一代的時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)——光頻標(biāo),將在精密導(dǎo)航定位、全球授時(shí)、廣域量子通信、物理學(xué)基本原理檢驗(yàn)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

精確的計(jì)時(shí)不應(yīng)局限于實(shí)驗(yàn)室,還要“飛入尋常百姓家”。因此,不僅要有最精確的原子鐘,還要有與之精度相匹配的時(shí)間傳遞技術(shù)。目前常用的時(shí)頻傳遞方式有微波和光纖,但這兩種方式都有其局限性??茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn),有一種神奇的激光——光學(xué)頻率梳(光梳),能讓人們測(cè)量頻率和時(shí)間間隔更精確、更容易?;诠馐岷拖喔商綔y(cè)的自由空間時(shí)頻傳遞技術(shù),是高精度時(shí)頻傳遞的發(fā)展趨勢(shì)。但此前,自由空間中的光頻傳輸技術(shù)只能實(shí)現(xiàn)10公里量級(jí)的傳輸距離。

此項(xiàng)研究中,研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了瓦級(jí)功率輸出的高穩(wěn)定光梳,實(shí)現(xiàn)了納瓦量級(jí)的高靈敏度線性光學(xué)采樣探測(cè),進(jìn)一步提升了光傳輸望遠(yuǎn)鏡的穩(wěn)定性和接收效率。基于上述技術(shù)突破,研究團(tuán)隊(duì)在新疆烏魯木齊成功實(shí)現(xiàn)了113公里自由空間時(shí)頻傳遞,充分驗(yàn)證了星地鏈路高精度光頻標(biāo)比對(duì)的可行性。

《自然》雜志審稿人表示,該研究是星地自由空間遠(yuǎn)距離光學(xué)時(shí)間頻率傳遞領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破,將對(duì)暗物質(zhì)探測(cè)、物理學(xué)基本常數(shù)檢驗(yàn)、相對(duì)論檢驗(yàn)等基礎(chǔ)物理學(xué)研究產(chǎn)生重要影響。

《 人民日?qǐng)?bào) 》( 2022年10月10日 14 版)

(責(zé)編:鄒星、鄧楠)

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