我科學家實現百公里級自由空間高精度時間頻率傳遞

本報北京10月9日電 （記者吳月輝、徐靖）記者從中國科學院獲悉：近日，中國科學技術大學潘建偉團隊與中科院上海技物所等單位合作，在國際上首次實現百公里級的自由空間高精度時間頻率傳遞實驗，時間傳遞穩定度達到飛秒量級，頻率傳遞萬秒穩定度優於4E—19（相當於時鐘在約1000億年內的誤差不超過1秒），可滿足目前最高精度光鐘的時間傳遞要求。該成果於10月5日在線發表於國際學術期刊《自然》。

秒是七大基本物理量之一。當前，人們所用“秒”的定義在1967年被確定，其由銫原子鐘定義。銫原子鐘的頻率在微波波段，能做到1億年誤差僅有1秒。近年來，科學家們又開發了鍶、鐿等新型原子鐘，它們的頻率要更高，在光學波段，因此被稱作“光學原子鐘”，簡稱“光鍾”。這有望形成新一代的時間頻率標準——光頻標，將在精密導航定位、全球授時、廣域量子通信、物理學基本原理檢驗等領域發揮重要作用。

精確的計時不應侷限於實驗室，還要“飛入尋常百姓家”。因此，不僅要有最精確的原子鐘，還要有與之精度相匹配的時間傳遞技術。目前常用的時頻傳遞方式有微波和光纖，但這兩種方式都有其侷限性。科學家們發現，有一種神奇的激光——光學頻率梳（光梳），能讓人們測量頻率和時間間隔更精確、更容易。基於光梳和相干探測的自由空間時頻傳遞技術，是高精度時頻傳遞的發展趨勢。但此前，自由空間中的光頻傳輸技術只能實現10公里量級的傳輸距離。

此項研究中，研究團隊實現了瓦級功率輸出的高穩定光梳，實現了納瓦量級的高靈敏度線性光學採樣探測，進一步提升了光傳輸望遠鏡的穩定性和接收效率。基於上述技術突破，研究團隊在新疆烏魯木齊成功實現了113公里自由空間時頻傳遞，充分驗證了星地鏈路高精度光頻標比對的可行性。

《自然》雜誌審稿人表示，該研究是星地自由空間遠距離光學時間頻率傳遞領域的一項重大突破，將對暗物質探測、物理學基本常數檢驗、相對論檢驗等基礎物理學研究產生重要影響。