【仪表网 研发快讯】近日,精密测量院高克林、管桦研究团队成功研制出不确定度达4.8×10-18的室温钙离子光钟,为下一步实现10-18量级的可搬运钙离子光钟打下了坚实基础。相关研究成果近期发表在国际学术期刊《物理评论应用》(Physical Review Applied)上。
主动温度控制的室温钙离子光钟。左:室温钙离子光钟;右:基于水冷系统的主动温度控制
此次,为实现可搬运,团队从减小离子所处环境的温度变化出发,搭建了一台全新的室温钙离子光钟,通过水冷系统对该光钟的物理系统进行主动控温,将光钟运行过程中的环境温度不确定度减小至±0.3 oC。同时采用有限元分析计算了离子阱各组件对钙离子的有效立体角,并结合真空内的测温探头和红外相机监测和评估了离子阱各组件的平均温度,最终将该室温钙离子光钟的黑体辐射频移不确定度减小至4.6×10-18。同时,通过对钙离子光钟的其余系统误差项进行细致评估,该钙离子光钟的总系统不确定度为4.8×10-18。在此基础上,团队通过进行新搭建的室温钙离子光钟和实验室已有的低温钙离子光钟的频率比对,获得的总的不确定度为7.5×10-18(统计不确定度为4.9×10-18,系统不确定度为5.7×10-18)。该结果验证了黑体辐射频移评估的可靠性。
随着钙离子光钟不确定度指标的不断提高,同时结合钙离子光钟相对简单的特点,可研制成小型化、准连续和高可靠性的高精度可搬运光钟,并将在精密测量物理、时间基准、相对论大地测量、导航定位等方面获得广泛的应用。
本研究得到了科技部、国家自然科学基金委和中科院长期以来的大力支持。
中国科学院精密测量科学与技术创新研究院(以下简称精密测量院)是由中国科学院武汉物理与数学研究所(始建于1958年)、中国科学院测量与地球物理研究所(始建于1957年)融合组建而成,是中国科学院顺应国家科技体制改革要求,实施“率先行动”计划,推进研究所分类改革的具体举措,经中国科学院批准于2017年9月开始筹建,2019年4月中央编办正式批准精密测量院成立。
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