武汉物数所在钙离子光频标研究中取得新进展

高精度的冷原子光频标是目前频率准确度最高的原子时间频率标准。近日，中国科学院武汉物理与数学研究所高克林研究组在光频标研究中取得新进展：成功研制出两台钙离子光频标，并完成两台钙离子光频标的频率比对，研究表明两台光频标的精度和频率稳定度均达到10-17。研究成果发表于2016年1月8日的《物理评论快报》(Phys. Rev. Lett. 116, 013001 (2016))。

此前，该研究组经过10余年的努力，突破了一系列物理和关键技术，曾于2012年研制出国内首台钙离子光频标，当时的精度达到了7 X 10-16，相当于4千万年不差1秒。

近年来，该研究组管桦、黄垚开展了超窄线宽激光和磁场精密控制等多方面关键技术的攻关研究，研制出第二台钙离子光频标。进行了两台钙离子光频标的频率比对实验，由此开展了离子微运动抑制、光场ac-Stark频移、电四极频移以及黑体辐射频移等细致的实验，研制的两台光频标的精度均达到5 X 10-17，相当于6亿年不差1秒。这两台钙离子光频标比对的结果证实其2万秒的频率稳定度达到了7 X 10-17。在此基础上，基于GPS系统的超高精度远程光频绝对值测量方案，实现了钙离子4S1/2-3D5/2跃迁频率绝对值的进一步测量。光频跃迁为：411 042 129 776 401.7(1.1) Hz。该项工作使得Ca+成为继Hg+(美国NIST)、Al+(美国NIST)、Yb+(英国NPL/德国PTB)和 Sr+(英国NPL/加拿大NRC)离子之后不确定度达到10-17水平的第五种离子光频标。

2015年9月29日，该钙离子光频标的绝对频率测量数据再次被国际时间频率咨询委员会会议(CCTF20)采纳，对修改钙离子光学标准频率作出了新的贡献。

该项工作得到科技部、国家自然科学基金委和中科院的资助，也得到华东师范大学教授马龙生和计量科学研究院研究员李天初的支持。