2007年2月27日上午10點(diǎn)，黨中央國務(wù)院召開的國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會在人民大會堂舉行，黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人出席了大會，國務(wù)院總理溫家寶發(fā)表了重要講話。這次大會獎勵共計(jì)329項(xiàng)。中國計(jì)量科學(xué)研究院研究建立的激光冷卻-銫原子噴泉時(shí)間頻率基準(zhǔn)裝置榮獲國家科技進(jìn)步一等獎。
時(shí)間單位秒(s)是國際計(jì)量單位制(SI)規(guī)定的七個(gè)基本物理量中最重要的一個(gè)。
1967年國際計(jì)量大會通過決議, 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。
由于時(shí)間頻率基準(zhǔn)關(guān)系國家核心利益, 自1967年定義原子秒以來, 美國、法國、德國等發(fā)達(dá)國家計(jì)量機(jī)構(gòu)持續(xù)不斷地投入人力物力財(cái)力研制實(shí)驗(yàn)室型銫原子鐘作為國家時(shí)間頻率基準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)秒定義。
銫原子噴泉時(shí)間頻率基準(zhǔn)裝置的研究是我院承擔(dān)的國家科技部重大科研課題。該項(xiàng)目1996年在國家自然基金委立項(xiàng)，1999年得到國家科技部的進(jìn)一步支持，2001年28位院士到院參觀，給予了關(guān)注，國家加大了投資的力度，經(jīng)過科技人員的刻苦攻關(guān)，終于獨(dú)立自主研制出了我國的新一代時(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)裝置（簡稱銫原子噴泉鐘）。銫原子噴泉鐘復(fù)現(xiàn)秒定義，是時(shí)間頻率計(jì)量體系的溯源源頭。建立獨(dú)立自主的時(shí)間頻率計(jì)量體系事關(guān)國家基礎(chǔ)科學(xué)、國民經(jīng)濟(jì)、國防建設(shè)的核心利益。
銫原子噴泉鐘以周期循環(huán)方式工作。在一個(gè)工作周期, 利用六束激光俘獲并冷卻銫原子, 利用激光推動冷原子云上拋, 繼而在重力作用下回落, 形成原子噴泉; 銫原子云在上拋回落過程中兩次與微波作用, 發(fā)生秒定義鐘躍遷, 繼續(xù)下落與探測激光作用產(chǎn)生熒光; 攜帶微波頻率誤差信息的熒光信號被探測器接收, 經(jīng)計(jì)算機(jī)處理, 伺服微波頻率, 完成一個(gè)噴泉測量周期。如此周而復(fù)始, 將頻率源的頻率伺服控制到銫原子的秒定義躍遷頻率, 產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率。由于應(yīng)用激光冷卻-原子噴泉技術(shù)，減小了傳統(tǒng)銫束原子頻標(biāo)中幾項(xiàng)主要誤差，使銫原子噴泉鐘頻率穩(wěn)定性，復(fù)現(xiàn)性和不確定度得到顯著改善。
NIM4銫噴泉鐘2003年通過鑒定, 達(dá)到技術(shù)指標(biāo):
- 運(yùn)行率95%;
- 頻率穩(wěn)定性8×10-13/t1/2, 頻率復(fù)現(xiàn)性5×10-15;
- 不確定度8.5×10-15。
2004年NIM4銫噴泉鐘批準(zhǔn)為國家時(shí)間頻率基準(zhǔn)運(yùn)行。
激光冷卻-銫原子噴泉時(shí)間頻率基準(zhǔn)裝置創(chuàng)造性地解決了技術(shù)上的一系列問題，具有我國的創(chuàng)新和特色。它集中了當(dāng)代原子物理、波譜、激光-光學(xué)、高真空、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)和計(jì)量學(xué)等一系列前沿的科學(xué)成果和工藝技術(shù)，代表了時(shí)間頻率計(jì)量科學(xué)的最高水平。NIM4激光冷卻-銫原子噴泉鐘研制成功，表明中國時(shí)間頻率基準(zhǔn)研究進(jìn)入世界先進(jìn)行列，標(biāo)志著中國成為國際少數(shù)具有獨(dú)立完整時(shí)間頻率計(jì)量體系的國家之一。
NIM4銫原子噴泉鐘建立中國時(shí)間頻率計(jì)量的源頭，使我國時(shí)間頻率基準(zhǔn)研究重新進(jìn)入國際先進(jìn)行列。NIM4銫原子噴泉鐘平時(shí)校準(zhǔn)守時(shí)鐘, 提高NIM原子時(shí)TA(NIM)在國際原子時(shí)協(xié)作中的權(quán)重; 一旦非常時(shí)期GPS關(guān)閉,NIM4銫原子噴泉鐘可獨(dú)立校準(zhǔn)TA(NIM),保障中國時(shí)間頻率體系準(zhǔn)確完整運(yùn)行, 為中國經(jīng)濟(jì)和國防服務(wù)，這將具有重大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
銫原子噴泉鐘的研制是國家基礎(chǔ)研究方面的重大課題，成果的取得有著深遠(yuǎn)意義，它對國家的安全起著重大作用。總結(jié)銫原子噴泉鐘的基礎(chǔ)上積累經(jīng)驗(yàn)，為NIM5銫噴泉鐘的順利完成奠定基礎(chǔ)。
激光冷卻-銫原子噴泉時(shí)間頻率基準(zhǔn)裝置研制成功的消息，在中央電視臺新聞聯(lián)播重要時(shí)段、北京電視臺以及人民日報(bào)、科技日報(bào)等多家媒體得到了廣泛的報(bào)導(dǎo)宣傳。 |
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