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近期，中國科學院精密測量科學與技術創(chuàng)新研究院梅剛華研究團隊研制的銣原子鐘，測得9.0×10-14τ-1/2（1s~100s）的短期頻率穩(wěn)定度測量結果。這是銣原子鐘頻率穩(wěn)定度指標首次進入10-14τ-1/2量級。相關論文近日為國際權威期刊《IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement》上發(fā)表，并在IEEE官方網(wǎng)站先期刊出。

頻率穩(wěn)定度是原子鐘的核心指標。為了進一步改善銣原子鐘的頻率穩(wěn)定度，研究人員從提高原子信號信噪比、降低探尋微波的相位噪聲和抑制原子體系的環(huán)境敏感性三方面入手。物理系統(tǒng)設計采用了具有自主知識產(chǎn)權的開槽管微波腔、內徑為40 mm的大尺寸銣氣泡、高光譜純度抽運光源和雙重濾光等新技術，將原子信號信噪比決定的頻率穩(wěn)定度提升到4.7×10-14τ-1/2水平。設計了一款低相噪頻率綜合器，將電路噪聲對銣鐘穩(wěn)定度的影響控制在6.0×10-14τ-1/2 水平。研究人員還利用密封箱實現(xiàn)物理系統(tǒng)與大氣環(huán)境的隔離，將大氣環(huán)境氣壓波動對銣鐘穩(wěn)定度的影響減小了一個數(shù)量級。基于以上技術，研制出新型銣原子鐘原理樣機。利用主動型氫鐘（H-maser）和超腔光生微波（OMG）作為參考源，測量了銣鐘頻率穩(wěn)定度?？鄢齾⒖荚从绊懞蟮慕Y果顯示，銣鐘短期頻率穩(wěn)定度分別為9.0×10-14τ-1/2 (1s~100s)和 9.1×10-14τ -1/2 (1s~100s)，如下圖中紅色虛線所示。

銣原子鐘是目前市場占有率最高的原子鐘，廣泛用于衛(wèi)星導航、通信、電力、金融等國防和經(jīng)濟領域。商用小型化銣鐘頻率穩(wěn)定度多在10-11τ-1/2到10-12τ-1/2水平。梅剛華團隊的此項結果創(chuàng)造了銣鐘頻率穩(wěn)定度新的國際紀錄，而此前的國際紀錄也是由該團隊保持，為我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)研制的第三代星載銣原子鐘，頻率穩(wěn)定度為7.0×10-13τ-1/2，是國際首款穩(wěn)定度為10-13τ-1/2量級的銣原子鐘。此次技術突破，進一步擴大了我國銣原子鐘技術的領先優(yōu)勢，對于發(fā)展高品質微波振蕩器技術、研制新一代北斗系統(tǒng)星載原子鐘具有重要意義。

該突破性進展以“Realization of a Rubidium Atomic Frequency Standard with Short-Term Stability in 10-14τ-1/2 Level”為題發(fā)表在《IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement》 上（Early Access），博士生崔家齊為第一作者，梅剛華、鐘達為通訊作者，精密測量院為唯一完成單位。

   文章鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10379164