“新一代国家时间频率基准的关键技术与应用”

十年一剑 再铸辉煌

“新一代国家时间频率基准的关键技术与应用”项目荣获国家科技进步一等奖

□ 陈杭杭

1月9日，2016年度国家科学技术奖励大会在人民大会堂隆重召开。由中国计量科学研究院（以下简称中国计量院）承担完成的“新一代国家时间频率基准的关键技术与应用”项目荣获2016年度国家科技进步一等奖。这是该院自2006年后，再度凭借在时间频率基准研究方面取得的突出成果和显著社会效益获此殊荣。

“在国际单位制规定的7个基本物理量中，时间的测量准确度最高、应用最广。每一次时间频率测量极限的突破，都推动着基础科学的发展，影响着人们对物质世界的认知深度。”项目主要完成人、中国计量院房芳研究员说。在计量领域，以原子钟为代表的时间频率基准引领了计量量子化时代：“原子秒”取代“天文秒”，将秒长的测量不确定度提高了6～7个数量级；长度单位米和电压单位伏特，也基于时间频率进行了重新定义，获得了更高的复现准确度。当前，高精度时间频率的应用已经延伸到了国民经济各个重要领域，成为了通信、卫星导航、电力、交通、金融系统的有效运行的重要手段和基础保障。

近年来，国防建设、空间技术和国民经济的发展对时间频率的准确性、稳定性、可靠性都提出了越来越高的要求，科学技术的进步也给予了时间频率测量以新的推动力。建立我国自主秒长基准和时标基准，开展时间频率信号的测量比对和传递研究，形成独立自主的高性能时间频率系统，成为了我国长远发展的迫切战略需求。

为此，中国计量院在成功研制我国第一台铯原子喷泉钟的基础上，在国家自然基金委、科技部和质检总局的支持下，开展了新一代国家时间频率基准关键技术与应用研究。在李天初院士等老一辈时间频率计量科学家的指导下，房芳、张爱敏等中青年技术骨干领衔的科研团队，十年磨一剑，成功自主研制出不确定度2000万年不差一秒的新一代国家秒长基准——NIM5喷泉钟，改造了国家原子时标基准UTC（NIM）并大幅提高了其关键技术指标，使我国成为世界上少数几个拥有不仅准确，而且独立的时间频率基准的国家之一。

其中，NIM5喷泉钟是集激光冷却、微波精密测量等现代原子分子与光物理前沿技术复现“秒”定义的基准装置。该装置通过高精度3维激光-磁光阱-光学阻尼装置一体化设计、微波相位补偿以及系统频率偏移评定等方面的一系列创新，实现了1.5×10-15的绝对频率不确定度，相当于2000万年不差一秒；同时提高了整机运行的可靠性，创造了准连续运行率99.2%的世界最高水平。