武漢物數所在鈣離子光頻標研究中取得新進展

高精度的冷原子光頻標是目前頻率準確度最高的原子時間頻率標準。近日，中國科學院武漢物理與數學研究所高克林研究組在光頻標研究中取得新進展：成功研製出兩台鈣離子光頻標，並完成兩台鈣離子光頻標的頻率比對，研究表明兩台光頻標的精度和頻率穩定度均達到10-17。研究成果發表於2016年1月8日的《物理評論快報》(Phys. Rev. Lett. 116, 013001 (2016))。

此前，該研究組經過10餘年的努力，突破了一係列物理和關鍵技術，曾於2012年研製出國內首台鈣離子光頻標，當時的精度達到了7 X 10-16，相當於4千萬年不差1秒。

近年來，該研究組管樺、黃垚開展了超窄線寬激光和磁場精密控製等多方麵關鍵技術的攻關研究，研製出第二台鈣離子光頻標。進行了兩台鈣離子光頻標的頻率比對實驗，由此開展了離子微運動抑製、光場ac-Stark頻移、電四極頻移以及黑體輻射頻移等細致的實驗，研製的兩台光頻標的精度均達到5 X 10-17，相當於6億年不差1秒。這兩台鈣離子光頻標比對的結果證實其2萬秒的頻率穩定度達到了7 X 10-17。在此基礎上，基於GPS係統的超高精度遠程光頻絕對值測量方案，實現了鈣離子4S1/2-3D5/2躍遷頻率絕對值的進一步測量。光頻躍遷為：411 042 129 776 401.7(1.1) Hz。該項工作使得Ca+成為繼Hg+(美國NIST)、Al+(美國NIST)、Yb+(英國NPL/德國PTB)和 Sr+(英國NPL/加拿大NRC)離子之後不確定度達到10-17水平的第五種離子光頻標。

2015年9月29日，該鈣離子光頻標的絕對頻率測量數據再次被國際時間頻率谘詢委員會會議(CCTF20)采納，對修改鈣離子光學標準頻率作出了新的貢獻。

該項工作得到科技部、國家自然科學基金委和中科院的資助，也得到華東師範大學教授馬龍生和計量科學研究院研究員李天初的支持。