《新一代國家時間頻率基準的關鍵技術與套用》，是依託於中國計量科學研究院，主要完成人為房芳、李天初、張愛敏、陳偉亮、高源、劉年豐、林平衛、梁坤、劉昆、王偉波、林弋戈、所睿、李明壽、寧大愚、高小珣的科研項目。
基本介紹
- 中文名：新一代國家時間頻率基準的關鍵技術與套用
- 依託單位：中國計量科學研究院
- 主要完成人：房芳、李天初、張愛敏、陳偉亮、高源、劉年豐、林平衛、梁坤、劉昆、王偉波、林弋戈、所睿、李明壽、寧大愚、高小珣
- 獲獎情況：國家科技進步獎一等獎
項目背景,研究成果,
項目背景
時間是人類經濟和社會活動的基礎，是金融、交通和科研等領域不可或缺的計量單位。作為7個基本量之一，時間的測量準確度遠遠高於其它6個量。在國際單位制重新定義中，其它基本量已經(長度、電壓)或正試圖通過基本物理常數的定義由時間頻率導出，並將於2018年實現這一方案。因此時間頻率成為表征世界最為基本的物理量。該項目的研究立足開發新一代秒長國家計量基準NIM5噴泉鐘和原子時標國家計量基準UTC(NIM)，建立獨立自主的國家時頻體系源頭，參與國際原子時合作，同時保障中國經濟建設和國防的時頻量值準確統一。
研究成果
NIM5噴泉鐘利用精準控制頻率功率的9束雷射和超低相位噪聲微波對原子進行操控和測量，並在理論指導下對影響鐘躍遷頻率的各項物理效應評定修正，得到基準頻率。該團隊通過對物理、微波和評定方法的一系列創新，使得最終絕對頻率準確度2000萬年不差1秒，同時提高了整機運行可靠性，2014年通過國際評審，參與駕馭國際原子時，使中國在國際原子時合作中第一次具有了表決權。UTC（NIM）時標基準通過創新的傳遞技術及算法，提高了穩定度及準確度，增加了對國際原子時計算的權重。
主要科技創新包括：（1）提出了高精度空間立體角光學結構的設計方法，發明了磁光阱裝置一體化製造技術，實現了直接光學阻尼製備高數量超低溫度冷原子，獲得高信噪比，探測噪聲接近量子極限，準連續運行率創世界最高水平。（2）創建了泄露微波對原子能級影響的理論模型，提出飛行下落原子限域計算方法，開發了實時測量-補償干涉開關脈衝微波相移的技術，將微波泄漏頻移抑制到小於110-16。國際頻率基準工作組的報告顯示NIM5平均頻率距全世界噴泉鐘頻率總平均值最接近。（3）提出了浮點模糊度解算的已知定點單差模型，解決了亞納秒級時頻傳遞的模糊度和鐘差解算問題，實現了全球導航衛星系統(GNSS)載波相位時間頻率傳遞技術。自主研製了GNSS時間頻率接收機，成功主導了國際上首次歐亞多台銫原子噴泉鐘的比對。（4）提出了守時鐘頻率精準預估修正方法，創建了長短期聯合最佳化駕馭系統模型，UTC（NIM）與世界協調時UTC的時差優於±5 ns。首次實現了噴泉鐘直接駕馭原子時標，代表了國際守時技術發展新趨勢，使中國成為世界上少數具有獨立準確時間頻率體系的國家之一。
秒長國家基準NIM5和原子時標國家基準UTC（NIM）一起保證了國內時間頻率量值的準確統一。利用光纖鏈路和GNSS鏈路，將該團隊的秒長基準和時標基準傳遞到北京衛星導航中心，直接為軍用標準時間和北斗地面時提供溯源支持。同時為中央電視台、中科院武漢物數所、上海橫河國際貿易有限公司等多家部隊單位、科研院所和高端企業提供時間頻率的量值測量、溯源和校準。在研期間授權發明專利5項；國家計量檢定系統、規程及規範4部；新增國際互認測量能力23項。
