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激光技术助力冷原子钟的在轨稳定运行
发布时间:2021-09-23
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本文摘要:2016年9月25日,天宫二号空间实验室顺利升空并成功转入运营轨道。天宫二号空间实验室配备的世界首台太空运营的冷原子钟,在轨近两年,运营长时间、状态较好、性能平稳。据报,天宫二号配备的冷原子钟已完成了全部既定在轨测试任务,顺利检验了在空间环境下高性能冻原子钟的运行机制与特性,同时构建了天大位7.2×10-16的超高精度,3000万年误差大于1秒。

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2016年9月25日,天宫二号空间实验室顺利升空并成功转入运营轨道。天宫二号空间实验室配备的世界首台太空运营的冷原子钟,在轨近两年,运营长时间、状态较好、性能平稳。据报,天宫二号配备的冷原子钟已完成了全部既定在轨测试任务,顺利检验了在空间环境下高性能冻原子钟的运行机制与特性,同时构建了天大位7.2×10-16的超高精度,3000万年误差大于1秒。

这一成果将目前人类在太空的时间计量精度提升了一至两个数量级,为空间超高精度时间频率基准的根本性市场需求以及未来空间基础物理前沿研究奠下了扎实的科学与技术基础。冻原子钟是把原子某两个能级之间的光子信号作为参照频率输入信号的高精度时钟,同时利用激光使原子温度降到绝对零度附近,使原子能级光子频率受到更加小的外界阻碍,从而构建更高精度。但在不存在地球辐射带阻碍以及简单的空间环境下,平稳运营一台仪器的空间冻原子钟具备很大挑战。

中国科学院上海光机所的科研人员在量子频标和冷原子物理等研究累积的基础上,经过十余年的研制成功,突破了微重力环境下运营的冷原子钟物理系统、长年自律运营的冷原子制取与操纵激光光学系统、铷原子钟超强低噪声微波频率源等一系列关键技术。在空间微重力环境下利用激光把铷原子温度减少到相似绝对零度,利用激光和高精度微波场对制取的冷原子展开操控和观测,萃取出有铷原子低平稳的能级光子频率作为高精度原子钟信号,在国际上首次构建冻原子钟的在轨平稳运营。


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