激光技术助力冷原子钟的在轨稳定运行
发布日期:2018-08-10    来源:中国高科技行业门户    

2016年9月25日,天宫二号空间实验室成功发射并顺利进入运行轨道。天宫二号空间实验室搭载的世界首台太空运行的冷原子钟,在轨近两年,运行正常、状态良好、性能稳定。
 
 

据悉,天宫二号搭载的冷原子钟完成了全部既定在轨测试任务,成功验证了在空间环境下高性能冷原子钟的运行机制与特性,同时实现了天稳7.2×10-16的超高精度,3000万年误差小于1秒。这一成果将目前人类在太空的时间计量精度提高了一至两个数量级,为空间超高精度时间频率基准的重大需求以及未来空间基础物理前沿研究奠定了坚实的科学与技术基础。

 

冷原子钟是把原子某两个能级之间的跃迁信号作为参考频率输出信号的高精度时钟,同时利用激光使原子温度降至绝对零度附近,使原子能级跃迁频率受到更小的外界干扰,从而实现更高精度。

 

但在存在地球辐射带干扰以及复杂的空间环境下,稳定运行一台精密的空间冷原子钟具有极大挑战。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积累的基础上,经过十余年的攻关,突破了微重力环境下运行的冷原子钟物理系统、长期自主运行的冷原子制备与操控激光光学系统、铷原子钟超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降低到接近绝对零度,利用激光和高精度微波场对制备的冷原子进行操纵和探测,提取出铷原子高稳定的能级跃迁频率作为高精度原子钟信号,在国际上首次实现冷原子钟的在轨稳定运行。



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