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中国首台“光钟”问世 在国际上争得话语权
发布时间:2012-9-7  阅读次数:5921  字体大小: 【】 【】【
  近日,中国科学院武汉物理与数学研究所经过10年努力,突破了系列关键技术,成功研制出我国首台基于单个囚禁钙离子的“光钟”,从此中国跻身于国际上少数几个拥有光钟的国家。据悉,国际计量协会正在考虑重新定义时间基准,而光钟这项技术有望为我国在世界时间标准的定义上争得一定话语权。

  光钟与我们平常使用的时钟一样吗?研究光钟有什么意义?光钟的研制对世界时间标准的改变有什么样的影响?我们请中国计量科学研究院时间频率计量研究所所长方占军为您解读。

  光钟比起微波钟精度高出两个数量级    

  辽宁日报:近日,我国首台“光钟”研制成功,其指标达到国际先进水平。  “光钟”这个概念很新奇,它与普通的计时钟有什么不同?

  方占军:在普通的计时钟里面,是靠钟表的“嘀嗒”来计时的。如古老的挂钟,就是依靠单摆摆动的周期来计时;机械钟表是依靠发条提供的动能驱动条盒轮转动来计时;电子钟表是依靠晶振振动的周期来计时等。在“光钟”中,产生“嘀嗒”的是超稳激光,因此叫做“光钟”。激光也是一种电磁波,有一定的频率和周期,因此可以用来计时。然而一般的激光频率并不稳定,因此我们需要将激光的频率——也就是周期——稳定到一个固定的数值。原子、离子等的跃迁频率是自然基准,在不受外界条件干扰的情况下保持不变,因此可以将激光的频率锁定到某种原子或者离子的跃迁上。这样一来,激光的频率同原子、离子的跃迁频率保持一致,高稳定的激光频率便能够担当电子钟表中晶振的角色,以此来计时。

  不过,将激光锁定在原子、离子跃迁上,也只算作“光频标”,即光学频率标准。想要实现光钟,还需要一个能将激光振荡周期计数的元件,以激光振荡的周期乘以振荡的次数来计时。光钟的工作频段在光频段,现在还没有能够直接对激光计数的电子元件,只有对微波计数的元件。因此想要实现光钟,还需要将光学频段的标准转换到能计数的微波频段。飞秒光梳能够将光频转换到微波频率。

  光频标再加上飞秒光梳,这才是一个能够实际应用的“光钟”,才能够复现秒,真正用作计时。

  辽宁日报:原子钟、微波钟与光钟是一种吗?

  方占军:原子钟指以利用原子内电子的特定能级间的固定跃迁频率而制造的精确度非常高的计时仪器。而微波钟和光钟是以钟的工作频段划分的。当前,微波钟和光钟都是原子钟,只不过微波钟的工作频段是微波,而光钟的工作频段是光频。
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