中国科学院大学博士生导师、中科院精密测量科学与技术创新研究院研究员高克林的研究团队经过10余年的努力，突破了一系列物理和关键技术，于2011年成功研制出国内首台光频标。2016 年，该团队再次突破系列关键技术，研制出不确定度达 5×10-17的钙离子光频标，最近，将不确定度指标提高到2×10-17，是目前国际上不确定度水平最高的钙离子光频标。同时，光频标的长期稳定度达到10-18量级，表明其能分辨出约20亿亿分之一秒的微弱时间/频率变化，继德国联邦物理技术研究院（PTB）研制的镱离子光频标后，这是国际上第二种达到如此高分辨能力的离子光频标，相关研究成果发表在《国家科学评论》(National Science Review)上。
同时，研究团队成功研制出一台车载钙离子光频标，演示了通过光频标比对实现高程差测量的可能性。研究团队随后将该车载光频标从武汉搬运至北京，实现了20天的准连续运行；并同中国计量科学研究院合作进行了光频标钟跃迁绝对频率的测量，测量不确定度达到5.6×10-16。研究成果发表在《物理评论A》(Phys. Rev. A)的快速通讯(Rapid communications)上。
为了实现车载，研究团队对光频标进行了如下改进：通过集成化设计提高了光频标的鲁棒性；开发了一套半自动化光频标锁定软件，在降低光频标的伺服误差不确定度的同时有效提高了光频标的运行率( >75%)；联合研制出可搬运的超窄线宽稳频激光器；开展了对离子微运动抑制、光场ac-Stark频移、电四极频移以及黑体辐射频移等效应的细致实验研究，将光频标的不确定度推进至1.3×10-17。在上述研究基础上，实现了高准确度、高鲁棒性和高运行率的车载光频标。该车载光频标随后在武汉实验室进行了本地搬运实验，通过光频标的比对，进行了高程差测量的演示实验，测量结果与传统的水准仪测量结果符合。经过超过1200km的长途搬运后，同中国计量科学研究院合作，再次进行了钙离子光频标的绝对频率的测量，测量结果与该团队先前的绝对频率测量结果符合，不确定度由10-15量级推进至10-16量级，该结果也对先前基于GPS系统的超高精度远程光频绝对值测量结果进行了验证。
车载钙离子光频标及利用光频标的频率比对测量高程差实验
据调研，该车载光频标是国际上搬运距离最长的光频标，也是国际上运行率较高的少数几台光频标之一，同时也是国际上不确定度指标最高的可移动离子光频标；同时，这也是国际上首次将钙离子光频标钟跃迁绝对频率的测量不确定度推进到10-16量级。
该项工作得到科技部、国家自然科学基金委和中科院的资助。
论文链接：
1）《国家科学评论》：https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa119
2）《物理评论A》(快速通讯)： https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.102.050802
责任编辑：脱畅
