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仪器仪表学报
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月刊

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仪器仪表学报/Journal Chinese Journal of Scientific InstrumentCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本学报是中国仪器仪表学会主办，代表中国仪器仪表及自动化最高学术水平的唯一国内外公开发行的学术性刊物。学术性强、内容创新、注重应用，优先刊登具有创新成就和观点的中英文论文、综述性文章、论坛及信息。设有学术论文、研究通讯和短文、综述、信息等栏目。
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    探秘量子世界 解码时间频率——纪念中国时间频率事业的领军人李天初院士

    1页
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    冷镱原子光钟绝对频率测量及相关跃迁研究的进展

    齐启超金涛韫彭成权孙常越...
    2-16页
    查看更多>>摘要：光学原子钟的稳定度和不确定度都已全面进入小数10-18量级，是目前最精密的时间频率测量工具之一。光学原子钟已在精密测量和基础物理研究等尖端科研领域展现出潜力，并有望重新定义时间单位"秒"。镱原子光钟因其独特的能级优势而成为了目前世界上发展最成熟、研究最广泛的光钟之一。镱原子钟跃迁的绝对频率测量和镱原子相关跃迁光谱的精密测量具有重要意义。综述了冷镱原子光钟的钟跃迁6s21S0-6s6p 3P0能级绝对频率测量的国内外进展，并介绍以7。3×10-16的不确定度测量镱原子钟跃迁绝对频率的实验，测量值为518 295 836 590 863。30±0。38 Hz。综述了利用已完成绝对频率测量的镱原子光钟为基准，对镱原子的649，770和1 389 nm抽运光的对应跃迁绝对频率进行精密测量的结果。

    镱原子光学原子钟绝对频率测量精密光谱精密测量

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    镉离子微波钟研究进展

    苗胜楠张建伟王力军
    17-30页
    查看更多>>摘要：基于囚禁离子的微波原子钟在小型化及可移动方面具有优势，因而受到广泛关注。其中，113Cd+离子因其所需激光数量少，基态超精细能级分裂大等优势，成为新一代实用离子微波钟的主要候选离子。近几十年来，国内外多个实验团队开展了镉离子微波钟的研究工作。本文按照时间顺序，详细介绍了国内外不同实验团队在镉离子微波钟研究方面采用的技术路线及最新进展。

    镉离子微波钟缓冲气体冷却激光冷却协同冷却

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    用于激光频率参数测量的飞秒光学频率梳

    韩羿曹士英宋文霞左娅妮...
    31-46页
    查看更多>>摘要：近年来随着光纤制造技术和飞秒激光技术的成熟，以掺铒(Er)光纤光学频率梳为代表的频率梳技术，逐步突破了光学频率测量领域，在长度测量、精密光谱分析、超低相位噪声微波频率产生、精密时间频率传递、温度测量等领域发挥出越来越重要的作用，已成为许多高端科研领域的基础性工具。但飞秒光学频率梳所解决的重要问题是对激光频率进行测量。本文主要面向激光频率参数测量的需求，研制基于掺Er光纤飞秒激光器的光学频率梳，在实现光学频率梳稳定运转的前提下，通过非线性光学频率变换技术，实现光谱范围从掺Er光纤光学频率梳的中心波长向各个待测激光波长的转换，并完成与多个不同波长激光的拍频信号探测。目前已验证的飞秒光梳可测频率范围为500～2 000 nm;频率稳定度和准确度为10-16量级;线宽为Hz量级。该指标满足了激光频率特性参数测量的需求，为激光绝对频率、频率漂移、线宽等参数的测量提供了基础性的测量工具。

    光学频率梳频率测量拍频稳定度线宽绝对频率

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    光纤时间频率同步技术及应用

    陈雨锋王波
    47-62页
    查看更多>>摘要：时间是人类目前测量和复现不确定度指标最高的物理量，代表了人类科技发展的最高水平。光纤时频同步技术经过几十年的发展，目前已广泛应用于量子计量、射电干涉测量、定位导航、现代通信、电力电网、高能物理、大地测量等诸多领域，成为人类社会高效运行的重要支撑。得益于光纤时频同步技术的高可靠性和高稳定度，综合原子时"分布式"和"实时性"这一长期存在的矛盾得到了解决。文章介绍了光纤时频同步技术的发展历史、各技术路径的研究现状，以及基于北京地区光纤时频同步网生成的分布式实时综合原子时。在此基础上，指出光纤时频同步的发展重点正从技术研究转为大规模网络化应用，开展基于光网络的多功能、多应用融合研究，实现一体化通信、感知、计算、测量、控制，将是未来的重要发展趋势。

    光纤网络时间同步频率同步光载射频综合原子时

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    窄线宽外腔半导体激光器研究进展

    秦晓敏史田田王志洋史航博...
    63-78页
    查看更多>>摘要：窄线宽外腔半导体激光器具有结构简单、可调谐、噪声低等优势，广泛应用于量子精密测量、光通信、激光雷达等领域。根据外腔选频器件的不同，本文主要介绍光栅型激光器、干涉滤光型激光器、波导型激光器和法拉第激光器四类外腔半导体激光器，分析各类激光器的基本结构与选频机制、介绍各自的优缺点以及国内外研究进展。其中，前三类激光器采用非量子器件进行频率选择，而法拉第激光器利用共振法拉第旋光效应选频，输出波长直接对应原子跃迁谱线，对激光二极管的电流与温度变化具有良好的鲁棒性。随后介绍外腔半导体激光器的应用情况，尤其是在精密测量领域中的典型应用。最后总结并展望窄线宽外腔半导体激光器的未来发展方向。

    外腔半导体激光器法拉第激光器窄线宽精密测量外腔选频器件

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    长期稳定度2.6×10-16的工程化高可靠铷原子喷泉钟

    陈伟亮刘昆郑发松戴少阳...
    79-86页
    查看更多>>摘要：随着喷泉钟运行可靠性的提升和激光技术的日趋成熟，喷泉钟不仅可以作为基准钟驾驭原子时标，提升原子时标的长期稳定度和准确度指标，还可以紧驾驭氢钟作为复合守时钟使用。铷原子的基态超精细能级跃迁作为次级秒定义，具有碰撞截面小，冷却激光运行可靠性高的优势，更加适合工程化。中国计量科学研究院研制的工程化铷原子喷泉钟采用双金属微波真空一体腔提升系统温度适应性，采用小型化光学系统和笼式结构探测光系统提升了运行可靠性，实现了铷喷泉钟长期准连续运行，年运行率达到97。5％。通过1年的比对测试，铷喷泉钟与NIM5铯喷泉钟频率比对的长期稳定度优于3。7×10-16，单台喷泉钟的长期频率稳定度优于2。6×10-16。

    铷喷泉钟长期稳定度准连续运行

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    NIM-Sr2锶原子光晶格钟物理系统研究

    卢炳坤廖堂银杨涛林弋戈...
    87-94页
    查看更多>>摘要：锶原子光晶格钟在基础物理研究和时间频率精密测量领域中占有重要的地位。中国计量科学研究院在第1套锶原子光晶格钟NIM-Sr1的基础上，开展了进一步提升光钟性能的研究，研制出了第2套锶原子光晶格钟NIM-Sr2。NIM-Sr2的物理系统在量子参考体系制备、钟激光探寻及系统频移评估等方面进行了重新设计。在原子炉和磁光阱之间新增真空差分结构，使原子炉的运行对磁光阱区域真空压力的影响降低到1×10-8 Pa;将塞曼减速器中的通电线圈替换为永磁铁，优化了水冷反亥姆霍兹线圈的缠绕方式，并向外延伸塞曼减速器通光窗口，把磁光阱区域环境温度的不均匀性降低到了 0。166 K。系统频移评估表明，这些物理系统的改进显著减小了 NIM-Sr2的系统频移不确定度，达到了 7。2×10-18。

    光钟光晶格系统频移评估物理系统

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    基于腔内原位探测的空间冷原子微波钟

    吕德胜任伟项静峰赵剑波...
    95-101页
    查看更多>>摘要：原子钟作为目前最精密的计时仪器，在国民经济和国家安全各领域发挥着重要作用。在地球轨道卫星上运行高精度原子钟，可以在地球大范围内开展高精度时间同步与比对。不同于以往通过抛射冷原子团两次经过微波腔实现Ramsey微波作用的空间冷原子钟，提出了一种新型的基于腔内原位探测的空间冷原子微波钟方案，在同一微波谐振腔内先后完成铷87原子的激光冷却、原子微波相互作用、冷原子探测等过程。该方案可以更好的利用微重力环境提高钟周期中原子与微波相互作用时间的占空比，从而有效减小Dick效应对原子钟性能的影响。介绍了冷原子微波钟系统设计与工作原理，给出了微重力环境下性能分析和预期指标，最后展示了冷原子微波钟地面测试中获得的大约为1。35×10-12τ-1/2的频率稳定度，初步展示了新型空间冷原子钟方案的可行性。

    原子钟微重力微波腔空间站频率稳定度

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    用于钙离子全光囚禁的离子囚禁装置研究

    陈正王淼黄垚管桦...
    102-111页
    查看更多>>摘要：随着离子光钟技术的飞速发展，由离子光钟中用来囚禁离子的射频场带来的微运动效应对其性能的影响也越来越不可忽略。为彻底消除这一效应，提出了全光囚禁离子光钟的实验方案。针对这一实验方案，设计并搭建了用于钙离子全光囚禁的离子囚禁装置。该装置是采用刀片型离子阱设计，能够实现剩余力仅有10-20 N量级的高精度的杂散电场补偿;具备6 mm的通关孔径，很好满足了全光囚禁实验中偶极囚禁激光的通过需求;基于改良的螺旋谐振器设计搭建的射频系统能够实现在9。33(1)MHz较低射频频率下的稳定耦合;结合高达10-9 Pa的真空制备和装配导电玻窗的真空腔体，可以实现长时间的离子囚禁。为全光囚禁钙离子提供了实验基础，对光学囚禁离子光钟的实现具有重大意义。

    离子光钟全光囚禁离子阱射频真空腔

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