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实验室介绍

1、微波频率标准实验室

    微波频率标准实验室的主要职责是依照现行秒定义,研制、维护和保存铯原子喷泉钟复现秒长。铯原子喷泉钟NIM5不确定度为1.5E-15,达到国际先进水平,并定期向国际计量局报数。NIM5-M钟在北京卫星导航中心运行良好。目前正在研制的新一代铯原子喷泉钟NIM6进展顺利,预计2018年完成。同时我们配合院内守时实验室实现用铯喷泉钟直接驾驭氢钟产生独立的中国计量院原子时TA(NIM-c),效果良好。本实验室还从事时频新技术的研究,包括超稳微波源,为铯喷泉微波频率基准和光频标直接比对准备技术基础,以及光纤高精度微波频率传递链路。随着北斗大范围应用,我们希望通过光纤链路为北斗地面时提供时间频率溯源支持,服务国家相关领域建设。本实验室还开展基于冷原子干涉精密测量的研究。目前正在研究使用铷原子精确测量地球重力加速度g,将参加2017年全球重力仪关键比对。

2、守时实验室

    主要职责及研究方向:研究、建立和维护国家守时系统(原子时标基准);研究、建立、保存和维护时间频率相关计量标准;开展时间频率测量传递技术研究,开展相关量值传递和溯源工作;开展时间频率国际比对,参加国际原子时合作;开展国内量值比对工作,承担计量技术机构考核、计量标准考核和能力验证工作,承担测量方法和测量结果的可靠性评价工作。承担相关国际建议、国家标准制修定、计量技术标准的制修定。

    守时实验室目前建有一项国家计量基准:原子时标基准装置,四项国家计量标准:标准频率检定装置,短期频率稳定度检定装置,频谱分析仪检定装置,GNSS信号模拟器校准装置。实验室现有科研人员8名,其中研究员1人、副研究员6人,有博士学位的4人,工程师1人。

昌平院区守时实验室

3光学频率标准实验室

    中国计量科学研究院时间频率研究所光学频率标准实验室负责研究和建立国家光学频率标准。中国计量科学研究院光学频率标准的研究工作从20世纪60年代初期开始,早期的研究工作重点在He-Ne和碘吸收激光稳频研究。2005年使用调制转移方法研制完成碘稳频532 nm Nd:YAG单块固体激光频率标准,频率稳定度达到5×10-15(100秒平均时间),达到世界先进水平,此项目获得2008年国家科技进步二等奖。从2002年开始研究基于掺钛蓝宝石(Ti:Sapphire)锁模飞秒激光器的光学频率梳。2006年计量院飞秒激光光学频率梳系统通过了鉴定,实验测量了碘稳频532nm Nd:YAG固体激光频率标准的光学频率,测量不确定度达到了3.6×10-14。此项目获得2009年国家科技进步二等奖。飞秒光梳装置的研制成功使得我国国家激光波长(频率)标准不再依赖于国际比对才能实现量值溯源,这标志着我国独立完整的激光波长(频率)量值溯源体系的建成。锶原子光晶格钟研究工作从2007年正式开始,先后得到了973计划项目“原子频标物理与技术基础”、国家科技支撑计划“高准确度原子光学频率标准仪的研制与开发”、国家重点基础研究发展计划“囚禁离子、原子体系的精密调控及在量子频标上的应用”和国家自然科学基金精密测量物理重大专项“光晶格囚禁锶原子频率标准”课题的支持,开展了Hz量级线宽超稳激光系统、锶原子的激光冷却与囚禁和锶原子精密光谱等研究,研制完成国内第一台锶原子光晶格钟,实现了频率偏移的独立评定,评定不确定度2.3×10-16;通过溯源到NIM5铯原子喷泉钟进行了绝对频率测量,不确定度3.4×10-15。2015年9月绝对频率测量结果报送国际时间频率咨询委员会CCTF频率标准工作组并被采纳,参与了锶原子频率2015年国际推荐值计算,使中国成为世界上第五个研制成功锶原子光晶格钟的国家。2016年,锶光钟研究得到科技部NQI专项的支持,开始在计量院昌平实验基地开展第二套锶原子光晶格钟研究。

4、时间频率测量技术实验室

    主要从事时间频率测量技术相关的研究工作,目前已开展钛宝石光梳、掺Er光纤光梳和小型铯喷泉钟的研究工作,也开展了激光雷达相关方面的一些研究工作。 2009年飞秒激光光学频率梳获国家科技进步二等奖。        

    钛宝石光梳主要面向光学绝对频率测量的应用。采用自行研制钛宝石光梳系统,实现了直接溯源到铯原子微波频率基准的绝对光学频率测量,改写了我国长度基准单位“米”不能独立自主实现量值溯源的历史,填补了我国绝对光学频率直接测量能力的空白。首次标定了国家激光波长基准碘稳频633nm He-Ne激光器和碘稳频532nm Nd:YAG激光器的绝对频率。通过检测国家激光波长基准碘稳频633nm He-Ne激光器的绝对频率,有效保证了全国几何量值溯源体系量值的统一性和可靠性。目前面向国际飞秒光学频率梳的发展趋势,中国计量科学研究院已经着手开展了基于掺Er飞秒光纤激光器的飞秒光学频率梳的单元技术的研究工作,并实现了超过一周的连续锁定,为光纤光梳在光钟及喷泉钟领域的应用提供了技术基础。

    小型铯喷泉钟的研究工作以高性能守时系统对高端原子钟的需求为导向,开展了铯喷泉钟实用化技术研究,目前已攻克了系统小型化和高可靠性等关键技术问题,已接近初步实用化的程度。

光学频率梳实验装置