日本将光钟和氢微波激射器结合产生持续数月且实时的高精准时频标信号

2018-05-16 来源:国防科技信息网 我要评论(0) 字号:

日本国家信息和通信研究所(NICT)将光晶格钟和氢微波激射器结合产生精确时频标准实时信号。这一光学-微波混合系统产生的信号持续半年无中断。

由此得出的“1秒”单位比当前的协调世界时(UTC)更准确,持续运行半年与地球时间(TT)(国际计量局处理后最准确的时间标准)相差0.8纳秒。这个演示证明了光钟可在未来十年内实现定义“秒”。这一成就发表于2018年3月9日的公开期刊《科学报告》中。

国家标准时间与世界协调时保持同步。铯原子的跃迁频率用于定义“秒”长,铯原子钟被直接用于守时。光钟最近飞速发展,不确定度比微波钟更低(理论上更精准)。然而,迄今还没人能实现使用光钟产生时间频率标准的实时信号,因为光钟很难持续运行1个月或更长时间。

日本国家信息和通信研究所时空标准实验室的研究员,包括原子物理学家和时间构成专家,演示了一种新的时频标准生成方法,即“光-微波混合时频标准”,该方法将光晶格钟和氢微波激射器结合产生时频标准。“锶-87”光晶格钟每周运行3个小时以校准氢微波激射器的频率,此外,利用最近25天的测量数据预测氢微波激射器频率如何变化。进而接下来的一周提前调整氢微波激射器的频率,以补偿预测到的频率漂移。

研究人员将由此得到的精确的时频标准实时信号与两个所谓的“纸钟”——UTC和TT相比。光学时频标准与UTC的时间差在5个月内扩大到了8纳秒,但与TT(BIPM)的时间差仍保持在小于1纳秒。

这些结果表明光学时频标准比UTC更准确,并且在精度和稳定度方面与TT(BIPM)媲美。UTC和TT(BIPM)是通过世界上超过400个原子钟和最先进的铯喷泉原子钟计算得到的数字产品,不是实时的时频标准。而NICT产生的信号在6个月内产生真正的实时信号。

另一件要注意的是未来重新定义国际单位制秒的影响,对此,时间和频率计量界最近开始讨论这个问题。这种混合方法成功评估了UTC 6个月的月平均频率,且结果与其他最先进的铯原子喷泉钟报告的结果一致。基于光钟校准UTC的基本能力是光钟未来重新定义“秒”长的先决条件之一。

NICT生成日本标准时间(JST)。NICT期望利用这种混合方法逐步为JST生成系统服务。下一步将是建立冗余的光学频率基准。另一光晶格钟或单离子钟将投入运行。可以通过光纤网络或卫星传输时间频率将这些钟与其他实验室的钟联结。

研究人员表示“高精度光钟有望成为大地测量传感器来检测重力环境的变化”。(中国航天系统科学与工程研究院 柳铱雯 贾平) 

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