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我科学家实现百公里级自由空间高精度时间频率传递 可满足目前最高精度光钟的时间传递要求

日期: 2022-10-11
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来源:人民日报

本报北京10月9日电 (记者吴月辉、徐靖)记者从中国科学院获悉:近日,中国科学技术大学潘建伟团队与中科院上海技物所等单位合作,在国际上首次实现百公里级的自由空间高精度时间频率传递实验,时间传递稳定度达到飞秒量级,频率传递万秒稳定度优于4E—19(相当于时钟在约1000亿年内的误差不超过1秒),可满足目前最高精度光钟的时间传递要求。该成果于10月5日在线发表于国际学术期刊《自然》。

秒是七大基本物理量之一。当前,人们所用“秒”的定义在1967年被确定,其由铯原子钟定义。铯原子钟的频率在微波波段,能做到1亿年误差仅有1秒。近年来,科学家们又开发了锶、镱等新型原子钟,它们的频率要更高,在光学波段,因此被称作“光学原子钟”,简称“光钟”。这有望形成新一代的时间频率标准——光频标,将在精密导航定位、全球授时、广域量子通信、物理学基本原理检验等领域发挥重要作用。

精确的计时不应局限于实验室,还要“飞入寻常百姓家”。因此,不仅要有最精确的原子钟,还要有与之精度相匹配的时间传递技术。目前常用的时频传递方式有微波和光纤,但这两种方式都有其局限性。科学家们发现,有一种神奇的激光——光学频率梳(光梳),能让人们测量频率和时间间隔更精确、更容易。基于光梳和相干探测的自由空间时频传递技术,是高精度时频传递的发展趋势。但此前,自由空间中的光频传输技术只能实现10公里量级的传输距离。

此项研究中,研究团队实现了瓦级功率输出的高稳定光梳,实现了纳瓦量级的高灵敏度线性光学采样探测,进一步提升了光传输望远镜的稳定性和接收效率。基于上述技术突破,研究团队在新疆乌鲁木齐成功实现了113公里自由空间时频传递,充分验证了星地链路高精度光频标比对的可行性。

《自然》杂志审稿人表示,该研究是星地自由空间远距离光学时间频率传递领域的一项重大突破,将对暗物质探测、物理学基本常数检验、相对论检验等基础物理学研究产生重要影响。


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