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新型原子钟及其应用
  • 项目名称:新型原子钟及其应用
  • 项目类别:国家杰出青年科学基金
  • 批准号:61025023
  • 申请代码:F050602
  • 项目来源:国家自然科学基金
  • 研究期限:2011-01-01-2014-12-31
  • 项目负责人:张首刚
  • 依托单位:中国科学院国家授时中心
  • 批准年度:2010
中文摘要:

作为骨干,研制的我国第一台铯原子喷泉时间频率基准钟装置获国家科技进步一等奖。独立完成了对世界上第一台铯原子喷泉钟(法国时间频率基准钟FO1)的改造,至今,其性能世界领先;为验证广义相对论,国际上首先在实验室实现了对精细结构常数变化的测量;研制了专门装置,独立测量了黑体辐射频移,精度较其它结果提高3倍,实现了铯原子钟不确定度在1E-16量级的评估;作为骨干,研制和测试了欧空局将运行于国际空间站冷原子钟的特殊Ramsey微波腔。回国后,创建了新型原子钟研究团队,继意大利,实现了CPT Maser 和POP Maser新一代星载原子钟装置闭环工作;实现了前瞻性原子钟-锶光钟的原子冷却和囚禁;提出了一种光纤同时高精度传输频率和时间信号的补偿方法,取得了较好实验结果;研制的新型外腔半导体激光器及其自动锁频系统、9.2GHz微波频率综合器和时间间隔计数器,性能国际领先。

结论摘要:

研究了自旋轨道耦合相互作用,获得了双环外势及极端条件下自旋轨道耦合量子气体的完整相图、量子相变及其自旋纹理结构;研究了铷原子蒸汽的法拉第旋转、光学偏振自旋转以及二者的叠加旋转效应,为实现更高性能的星载原子钟奠定了理论基础;完全自主研制了铯原子喷泉装置,获得了标志性的Ramsey信号,线宽为0.9Hz;实现了铯原子喷泉钟的初步闭环锁定,稳定度为4.1E-13/τ-1/2; 自主研制了完整的锶光钟装置,实现了了锶88原子一维光晶格装载,在国际上首次实现了全面对锶原子四种天然同位素5s5s1S0--5s5p3P1组间跃迁频率的精确测量。针对限制传统星载铷原子钟稳定度的主要问题,应用新的原子相干理论和方法,采用新的激光和脉冲电子技术,继意大利,实现了脉冲激光抽运POP maser铷原子钟原理样机的闭环运行,获得了短期稳定度4.5E-13/τ-1/2(1~100s),为工程样机实现奠定了基础。与成都天奥电子股份有限公司合作研发了激光抽运小型铯原子钟的工程化样机。获得了秒级稳定度7E-12,万秒稳定度3E-13的测试结果,为打破国外垄断奠定基础。提出并实现了率先实现了时间和频率信号的光纤同时闭环传递,应用于临潼—渭南往返76公里通讯光纤(国内最长时间频率传递实地光纤链路)时间传递精度优于50ps,100MHz频率传递稳定度4.8E-15/8200s;自主完成光纤微波频率传递系统的研制,在实验室情况下实现了100km光纤9.1GHz信号传递,秒级稳定度为4E-15,30000秒稳定度为7E-18应用70km实验室盘纤在国内首次实现了光学频率信号传递,秒级频率传输稳定度优于2E-15/s,万秒稳定度优于2E-18;国内率先建成了“量子时间同步研究平台”,首次实现了4km光纤上的量子时间同步演示,时钟同步精度优于15ps。共发表SCI收录论文23篇,获授权专利8项。引进中科院“百人计划”学者3名,中组部“青年拔尖人才计划”1名,“西部之光”人才培养计划支持3名;聘请包括诺贝尔物理学奖、美国总统奖获得者、国际著名原子钟研究学者为客座研究员共4名,出访学术交流15人次,来访学术交流12人次。共培养博士生 16名(毕业8名),硕士生19名(毕业14名),指导博士后2名。相关研究成果,分别获得了基金委和科技部重大科学仪器研制(开发)项目、基金委重大研究计划“精密测量物理”、中国第二代卫星


成果综合统计
成果类型
数量
  • 期刊论文
  • 会议论文
  • 专利
  • 获奖
  • 著作
  • 48
  • 6
  • 3
  • 0
  • 0
期刊论文
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