中国科研人员推动世界“光钟”研究

华东师范大学“光谱学与波谱学教育部重点实验室”的马龙生教授与毕志毅教授3月19日在国际著名杂志《科学》发表题为“以10-19的不确定度实现光频合成及比对”的学术论文,赢得国际同行专家的广泛关注和重视。国际标准局对此研究成果给予高度评价,认为“以前所未有的准确度实现光频合成与分割”“此项研究成果(人们难以想像在其他任何科学领域可能有如此高的准确度)不仅进一步增进我们对许多物理问题的理解,而且还涉及重大技术进步和新的实际应用”。美国国家标准与技术研究所对这一研究成果意义的评价是“朝着基于光频(而不是微波频率)的新…     

钙离子光频标钟跃迁绝对频率测量

回顾了中国科学院精密测量科学与技术创新研究院对钙离子光频标钟跃迁绝对频率的测量工作，并对测量结果被国际计量委员会（CIPM）下属的时间频率咨询委员会（CCTF）采纳的情况进行了总结和描述。在2011～2020年间，利用实验室型光频标和可搬运光钟，采用基于飞秒光梳和卫星链路的方案溯源到国际秒定义，及基于飞秒光梳直接溯源到中国计量科学研究院铯喷泉微波钟的方案，多次测量了钙离子光频标钟跃迁绝对频率，测量不确定度从10^-15量级逐步提高到10^-16量级，共计4个测量结果被CCTF采纳。参与钙离子光频标钟跃迁频率国际推荐值的计算，分别于2012年、2015年、2017年和2021年先后四次更新了钙离子光频标钟跃迁频率推荐值。钙离子光频标钟跃迁于2021年被推荐为新增的“秒的次级表示”。     

"飞秒激光光学频率梳的研究"通过专家鉴定

计本刊讯(记者马靖通讯员卢敬叁)9月12日,由中国计量科学研究院承担的“飞秒激光光学频率梳的研究”顺利通过鉴定委员会专家的鉴定。该研究成果成功将我国633nm氦氖国家激光波长基准的频率直接溯源到国家铯原子时间频率基准,从根本上解决了我国激光波长基准必须通过国际比对才能实现量值溯源的问题。“飞秒激光光学频率梳的研究”是通过飞秒光梳技术使微波频率与光学频率得到链接,实现了激光频率的直接绝对测量,这项技术被科学界视为光频测量领域的突破性成就。“飞秒光梳”技术是世界科技前沿项目,也是计量学研究的重要课题之一。2001年,中…     

拉线传感器变角度工作条件下的校准

利用光频梳对稳频激光波长进行测量是建立基于光频梳的波长基标准的必经程序。为了建立基于光频梳的波长标准,并为开展激光波长校准工作提供技术准备,利用自研光纤光频梳对乙炔稳频1542 nm激光波长进行了测量。利用光频梳产生参考激光与待测激光差拍,通过简单的代数关系获得了乙炔稳频激光的绝对频率和真空波长,并与相应的国际推荐值进行了对比。实测获得的乙炔稳频激光的真空波长值为1542.38 371 235 742 nm,在CIPM给定的不确定度范围内,秒稳定度为4.13 × 10^-13。两台不同的光频梳对乙炔稳频激光波长的测量结果具有高度一致性,进一步证明了光频梳对激光波长的测量准确性。本研究对于顺应国际长度基标准发展趋势,加速光频梳在激光波长测量领域的应用进程具有重要意义。     

从长度单位米到时间单位秒:稳频激光-飞秒光梳-铯原子喷泉钟-光钟

报道了中国计量科学研究院(NIM)在复现国际单位制(SI)长度单位米和时间单位秒的研究进展,包括稳频激光、NIM4铯原子喷泉钟和飞秒光学频率梳.NIM4钟不确定度达4.4×10-15,NIM在研的飞秒光梳将以优于1×10-13的不确定度实现光学波长向微波频率的溯源.文中还讨论了127I2饱和吸收633nm 3次谐波稳频的HeNe激光波长比5次谐波稳频的更"准确";指出飞秒光梳是从动跟踪系统,描述它的性能指标应当是它的跟踪精度;估计了用"吸收室-原子束-原子喷泉-原子/离子存储"4种不同原理所建频标可能达到的不确定度极限.最后简略展望时间频率基准研究的新动向--光钟.     

基于复合式微纳光纤锁模器件的单腔多光频梳技术研究

光纤滤波器与锁模器件作为实现波长复用式单腔双光频梳光源的核心组件受到了研究者们的广泛关注。针对传统滤波器对偏振敏感、制作工艺复杂的问题,研制了一种基于微纳光纤的复合式器件,采用熔融拉锥方式进行微纳器件的制作,利用模间干涉产生滤波效应,利用热泳效应实现光沉积。将该复合器件应用于环形腔中,实现了1532,1543,1555 nm 的多波长锁模,且在不同偏振态下,波长漂移均不高于0.2 nm。该复合器件为实现单腔双光频梳、单腔三光频梳提供了新的解决方案,对于促进多光频梳技术在精密测量等领域的应用具有重要意义。     

采用约瑟夫森电压基准参加“直流电压比率”的国际比对

20 0 0年 4月 17日至 19日 ,采用约瑟夫森电压基准对国际比对所选定的传递标准 :直流电压比例分压器的两个比率值进行了测量 ,这次测量是关键国际比对项目“直流电压比率比对”的一部份。测量不确定度优于 2 .4×10 -7。     

NIM的微波-光学频率基准研究——复现米和秒定义

报道中国计量科学研究院(NIM)在微波-光学频率计量研究的新进展:用NIM4激光冷却-铯原子喷泉钟复现国际单位制(SI)时间单位秒(s),用飞秒(FS)光学频率梳间接复现长度单位米(m)并标定稳频激光波长实际实施米定义.NIM4铯原子喷泉钟的不确定度达到5×10-15,飞秒(FS)光梳锁定到NIM4钟控制的氢钟后,其频率不确定度为2.2×10-14.在此基础上讨论铯原子喷泉钟、稳频激光、FS光梳的作用、意义和相互关系.最后简要介绍NIM5铯原子喷泉钟的研究进展和2006年起NIM立题研制锶原子存储光钟.     

不确定度和稳定度达10-18量级的钙离子光频标

主要回顾了中国科学院精密测量科学与技术创新研究院在液氮低温钙离子光频标的物理系统设计、不确定度评估与稳定度的优化与测量等方面的工作。液氮低温系统为钙离子创造了液氮的温度环境（~ 80 K）,极大降低了钙离子光频标的黑体辐射频移,使钙离子光频标的系统不确定度降至3.0 × 10^-18,成为第五种不确定度进入10^-18的原子/离子光频标体系。为了优化钙离子光频标的稳定度,将钟激光频率参考在Ramsey条纹上,并引入了参考条纹判定算法及自动寻峰算法,使钙离子光频标可长期稳定运行,长期稳定度达到6.3 × 10^-18@524 000 s。     

测量不确定度原理及在理化检验中的应用第三讲测量不确定度的表示、有效位数及评定步骤

3　测量不确定度的报告及表示通常在报告基础计量学研究、基本物理常量测量及复现国际单位制单位的国际比对结果时 ,使用合成标准不确定度 ,同时给出有效自由度。在其他情况 ,如实验室间能力比对试验、工业试验检测、商业检验 ,尤其涉及安全、健康的情况下 ,报告测量结果时 ,均应同时报告扩展不确定度。测量不确定度评定以后 ,应按照ＧＵＭ或ＪＪＦ10 5 9- 1999所规定的形式加以表示 ,并给出测量结果及其不确定度的报告 ,具体的报告如下。3.1　合成标准不确定度ｕｃ(ｙ)的报告合成标准不确定度ｕｃ(ｙ)的报告可用以下四种形式之一表示。如 :…     

微腔光频梳的应用研究进展

微腔光频梳作为一种频率的测量工具,具有高准确度、可集成化的优势,将在深空探测、精密计量等领域发挥巨大作用。本文系统全面地介绍了微腔光频梳在非线性激发产生和器件研制方面的技术现状,阐述了微腔光频梳在光钟、测距成像、光谱分析、频率合成器、低信噪微波源和相干通信等方面的研究进展,对光频梳未来的技术研究热点和应用前景进行了预测,为微腔光频梳在计量、测试、通信等领域的应用发展起到推动作用。     

水量热法加速器光子水吸收剂量绝对测量与国际比对

为实现加速器光子水吸收剂量绝对测量,研制了水量热计系统,在此基础上取得国际互认并建立加速器光子水吸收剂量基准,进一步提高了我国放疗剂量量值传递能力。通过水浴与半导体制冷系统二级控温,将量热计水模体的温度漂移控制在0.5μ℃/s。利用惠斯通交流电桥测量辐射所致的热敏探针阻值变化,逐次校准热敏探针和交流电桥,实现了医用加速器光子水吸收剂量的绝对测量,合成标准不确定度为0.30%。参加了国际计量局加速器光子水吸收剂量关键比对,复现的6MV和10MV光子水吸收剂量值与比对参考值之比分别为0.9917和0.9949,在不确定度允许的范围内一致。     

633nm波长副基准光频绝对测量实验

为了进行光频的绝对测量实验研究,本课题组研制了基于MgO:PPLN晶体的"单块"结构飞秒激光频率梳,在利用稳频电路将重复频率frep和载波包络相移频率fceo同时锁定到氢原子钟上后,其光频齿的频率稳定度同步于氢原子钟。利用该高稳定度"单块"结构钛宝石飞秒激光频率梳对编号为NO.02的633nm激光波长国家副基准装置进行了激光频率的绝对测量实验,得到了5个峰的测量结果,各光频测量结果相对偏差为10-11量级。     

1MN力基准机力值不确定度评估及量值比对验证

阐述了1MN力基准机力值不确定度的各物理因素和其他影响因素的误差来源,对各影响因素的不确定度分量及合成不确定度进行了评估,评估结果的力值相对扩展不确定度为6.9×10-6(k=3)。为了验证1MN力基准机的力值不确定度,进行了1 MN与100kN力基准机之间的量值比对试验,结果表明1MN与100kN力基准机各比对点的力值相对偏差小于±0.5×10-5,力值相对扩展不确定度小于1.1×10-5(k=2),1MN力基准机力值不确定度评估结果得到了验证。     

“测量误差或不确定度的正确评估方法及测量准确度合理保证体系的研究”通过成果验收

2004年9月13日，由国家质量监督检验检疫总局在北京召开了“测量误差或不确定度的正确评估方法及测量准确度合理保证体系的研究”课题成果验收会。以中国工程院李同保院士为主任的验收委员会审查了课题有关材料．听取了课题研究报告。经过讨论．一致认为该课题结合国际“测量不确定度表示指南”和“国际通用计量学基本术语”两个规范的修订。就某些与“测量”相     

甲烷中微量气体标准物质分析方法研究及量值的比对（续二）

建立了甲烷中微量气体标准物质的分析方法和实验条件;考察了该分析方法的不确定度;得出甲烷中微量气体标准物质浓度在（1～50）×10-6（mol/mol）范围内,方法不确定度小于1%的实验结果。实验过程对重量法制备的系列气体标准物质量值进行了分析方法的比对,一致性验证结果在1%内吻合。该项研究成果代表国家最高实验室参与了国际计量委员会组织的CCQM-K66的关键比对,得到了满意的实验结果,获得了国际的等效度。     

原子时标国家基准

中国计量科学研究院1980年建立的原子时标基准，1986年经原国家计量局批准为原子时标国家基准，原子时标由3台艳原子钟的读数加权平均得到。参加国际原子时合作，以国际原子时，对本原子时标的时刻和速率校准后，给出我国统—的标准时间。该基准建立时，时刻不确定度为1μs，频率不确定度8×10-13目前利用全球定位系统（GPS）＃私用动进行国际比对，其比对不确定度大大减小，致使该原子时标与国际原子时偏差的不确定度达到：时刻小于10ns，频利。于1×10-13。该原子时标从1984年起就开始通过中央电视台向全国发送标准时间和频率，用于统一…     

钼靶X射线空气比释动能的国际关键比对

为支撑国内乳腺诊断X射线空气比释动能的量值溯源体系，中国计量科学研究院完成了钼靶X射线空气比释动能率的量值复现，其量值复现不确定度为0.3%,并于2018年与国际计量局完成了BIPM.RI(I)-K7关键比对工作，两机构对相同2个传递电离室的校准因子偏差小于0.04%,比对结果合成不确定度为0.28%,比对结果进入国际计量局关键比对数据库(KCDB),实现了国际互认。     

总不确定度的概念

“总不确定度”在技术规范JJG1027-1991《测量误差及数据处理》中,是按1980年国际计量局所公布的不确定度表述建议书INC-1中overalluncertainty一词译出的。其含义就是1993年后《GUM》中所用的扩展不确定度,也就是说,国际上自1993年起,用扩展不确定度一词代替了原来INC-1中所用的总不确定度一词。其原因是overalluncertainty从含义上说,极易与combineduncer鄄tainty混淆。而后者是合成不确定度或称合成标准不确定度(由于合成不确定度uc无一例外地用标准偏差给出,这个名称中的“标准”二字常被理所当然地省略)。这也就是在技术规范JJF1…     

线纹尺的国际比对

中国计量科学研究院（ＮＩＭ）于１９９７年８～９月参加了由“亚太计量规划组织”安排的一次区域性的线纹尺国际比对。文中给出了ＮＩＭ此次比对测量的结果及其标准偏差，并对比对结果进行了不确定度评定，所得合成标准不确定度为：ｕｃ＝（０．０３５＋０．００７Ｌ）μｍ（Ｌ—长度，单位为米）。