激光冷卻銫原子噴泉鐘科研成果獲國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng) 我國(guó)時(shí)間頻率基準(zhǔn)600萬(wàn)年不差1秒
發(fā)布時(shí)間：2007-12-04
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2月27日上午，中共中央、國(guó)務(wù)院在北京隆重舉行國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)。這次大會(huì)獎(jiǎng)勵(lì)共計(jì)329項(xiàng)，其中，國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)20項(xiàng)。中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院“NIM4激光冷卻-銫原子噴泉時(shí)間頻率基準(zhǔn)裝置研究”榮獲國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。課題組長(zhǎng)李天初參加會(huì)議并上臺(tái)領(lǐng)獎(jiǎng)。
在科技部和國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)的支持下，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院立項(xiàng)研制的我國(guó)最新一代時(shí)間頻率基準(zhǔn)“NIM4激光冷卻-銫原子噴泉時(shí)間頻率基準(zhǔn)”，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試和評(píng)估，裝置運(yùn)行可靠，性能穩(wěn)定，頻率準(zhǔn)確度達(dá)到5×10-15，相當(dāng)于600萬(wàn)年不差一秒，達(dá)到世界先進(jìn)水平。這是繼法、美、德之后自主研制成功銫原子噴泉鐘時(shí)間頻率基準(zhǔn)裝置（NIM4銫噴泉鐘），并于2004年被批準(zhǔn)作為國(guó)家時(shí)間頻率基準(zhǔn)運(yùn)行，標(biāo)志著中國(guó)成為國(guó)際上少數(shù)具有獨(dú)立完整的時(shí)間頻率體系的國(guó)家之一。
時(shí)間單位秒(s)是國(guó)際計(jì)量單位制(SI)規(guī)定的7個(gè)基本物理量中最重要的一個(gè)。1967年國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過(guò)決議，將秒的定義從天文秒改為基于銫原子躍遷的原子秒。從此，實(shí)驗(yàn)室型銫原子鐘提供復(fù)現(xiàn)秒定義的手段，成為時(shí)間頻率計(jì)量的基準(zhǔn)裝置。時(shí)間頻率作為一個(gè)重要的基本物理量，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防建設(shè)和基礎(chǔ)科學(xué)研究中起著重要的作用?？梢哉f(shuō)，幾乎任何科學(xué)研究都離不開(kāi)精確的時(shí)間計(jì)量。它是基礎(chǔ)物理學(xué)研究的一個(gè)重要方面。近10年來(lái)的諾貝爾物理獎(jiǎng)有3個(gè)都和時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)。
NIM4銫原子噴泉基準(zhǔn)鐘研制中實(shí)現(xiàn)了一系列創(chuàng)新，主要有：在國(guó)際上首次提出噴泉鐘運(yùn)行率的概念， 第一次將鐘運(yùn)行可靠性用定量表述，并在2003年率先達(dá)到運(yùn)行率95%；首創(chuàng)用單根光纖傳輸四束水平裝載-冷卻光，改善對(duì)射光功率平衡；在國(guó)際上首次利用選態(tài)微波功率控制原子密度，改善冷原子碰撞頻移評(píng)定；提出并成功實(shí)現(xiàn)正負(fù)交替采樣， 改善頻率鎖定穩(wěn)定度。
原子鐘是GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）的核心技術(shù)，目前GPS的時(shí)間體系依賴(lài)的是美國(guó)軍方原子時(shí)，并溯源到美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)院(NIST)的銫原子噴泉基準(zhǔn)鐘。由于時(shí)間頻率基準(zhǔn)關(guān)系到國(guó)家核心利益，而銫原子基準(zhǔn)鐘是一個(gè)國(guó)家獨(dú)立時(shí)間頻率體系的源頭。因此，世界上有實(shí)力的發(fā)達(dá)國(guó)家不斷地投入人力、物力、財(cái)力，研制改進(jìn)一代又一代銫原子基準(zhǔn)鐘，作為國(guó)家時(shí)間頻率計(jì)量的基準(zhǔn)裝置。在非常時(shí)期，一旦美國(guó)關(guān)閉GPS，中國(guó)的守時(shí)系統(tǒng)失去與國(guó)際時(shí)間頻率協(xié)作的聯(lián)系時(shí)，就可以獨(dú)立校準(zhǔn)NIM守時(shí)鐘組，保證我國(guó)時(shí)間頻率體系的獨(dú)立完整運(yùn)行，滿足國(guó)家核心部門(mén)對(duì)時(shí)間頻率計(jì)量的需要。
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