激光技术助力冷原子钟的在轨稳定运行

时间:2021-06-16 00:11

本文摘要:2016年9月25日,天宫二号空间实验室顺利上升,成功转入运营轨道。天宫二号空间实验室配备的世界首个宇宙运营的冷原子钟,在轨道上运营了近两年,运营时间长,状态好,性能稳定。据报道,天宫2号配备的冷原子钟完成了轨道测试任务,顺利检查了空间环境下高性能冷冻原子钟的运行机制和特性,同时构筑了天大位7.2×10-16的超高精度,3000万年误差超过1秒。

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2016年9月25日,天宫二号空间实验室顺利上升,成功转入运营轨道。天宫二号空间实验室配备的世界首个宇宙运营的冷原子钟,在轨道上运营了近两年,运营时间长,状态好,性能稳定。据报道,天宫2号配备的冷原子钟完成了轨道测试任务,顺利检查了空间环境下高性能冷冻原子钟的运行机制和特性,同时构筑了天大位7.2×10-16的超高精度,3000万年误差超过1秒。该成果提高了当前人类在宇宙中的时间计量精度,为空间超高精度时间频率基准的根本市场需求和未来空间基础物理尖端研究奠定了坚实的科学和技术基础。

冷冻原子表是将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钟,同时利用激光将原子温度降低到绝对零度附近,使原子能级光子频率受到更小的外部障碍,构筑更高的精度。但是,在没有地球辐射带的障碍和简单的空间环境下,顺利运营设备的空间冻原子钟有很大的挑战。

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中国科学院上海光机所的科研人员在量子频率标志和冷原子物理等研究积累的基础上,经过十几年的研究开发成功,突破了微重力环境下运营的冷原子钟物理系统、多年自律运营的冷原子制造和激光光光学系统、在空间微重力环境下,使用激光将原子温度降低到相似的绝对零度,利用激光和高精度微波场操纵和观测制造的冷原子,将原子低稳定的能源级光子频率提取为高精度原子钟信号,在国际上首次构筑冷原子钟的轨道上稳定运行。


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