虚拟专辑

陈伟亮 , 刘昆 , 戴少阳 , 郑发松 , 左娅妮 , 房芳

2025, 45(2):5-25. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.02.01

[摘要](1520) [HTML](202) [PDF 3.76 M](2938)

摘要:
介绍了用作频率标准的高性能冷原子钟的发展现状，阐述了喷泉钟与光钟的基本原理、性能指标、在计量和其他领域的应用及发展趋势，分析了原子钟技术发展对“秒”定义变革的影响，探讨了“秒”定义变革的路径和现状。指出可通过提升相干作用时间、降低原子温度、优化不确定度评估策略等方式提升原子钟性能，提出通过时空一体化测量、优化引力红移评估手段、建立高水平洲际远程比对链路等方式，进一步提升原子钟的不确定度水平及扩大应用范围。

2 双向量子时间同步研究进展

董瑞芳 , 项晓 , 权润爱 , 洪辉博 , 师冰轲 , 刘涛 , 张首刚

2025, 45(4):1-11. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.04.01

[摘要](1213) [HTML](169) [PDF 12.33 M](418)

摘要:
量子时间同步是量子技术与时间频率技术相融合的交叉前沿技术。利用频率纠缠双光子源的内禀非定域时间关联性，双向量子时间同步不仅能将现有时间同步精度提高1～2个数量级，同时具备内在安全性优势，为大幅提升授时精度和保障授时安全性提供了新一代变革性技术方案。重点介绍了中国科学院国家授时中心在双向量子时间同步领域取得的研究进展：建立了双向量子时间同步准确度评估模型；在国际上首个报道了10 fs级超高精度量子时间同步实验演示案例；先后在2 km自由空间 + 7 km实地光纤混合链路、百km实地光纤链路以及250 km超长距离光纤链路上成功实现了亚皮秒级时间传递演示，充分验证了该技术在大损耗、强噪声环境中的高精度同步应用能力；同时，通过实验研究证实了量子时间传递系统的安全性优势。这些研究成果不仅标志着我国在长距离光纤量子安全时间传递领域取得了重要进展，更为未来构建大规模量子网络提供了高兼容性的时间同步解决方案。

3 基于本振光增强的双混频时差微弱频率信号检测方法

张运睿 , 高昊 , 罗斌 , 喻松

2026, 46(1):55-62. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.01.04

[摘要](211) [HTML](100) [PDF 6.76 M](336)

摘要:
在超长跨距光纤频率传递过程中，功率衰减、有源器件带附加噪声等因素导致接收端频率信号微弱，限制了信号检测分辨率和灵敏度。针对该问题，本研究团队提出基于本振光增强的双混频时差微弱频率信号检测方法，通过相干激光器增强微弱载波信号功率，采用双混频时差检测结构以提升接收灵敏度，同时结合平衡探测技术实现高信噪比信号提取。实验结果表明：与传统的强度调制 / 直接探测方式相比，基于本振光增强的双混频时差微弱频率信号检测方法可有效提升接收端灵敏度约10 dB，在相同的入光功率条件下射频功率提升了25 dB；该方法实现了优异的频率稳定度，阿伦方差为2 × 10^-13@1 s及2.1 × 10^-15@10 000 s，在差频为10 kHz的条件下稳定度为3 × 10^-17@1 s和3 × 10^-19@10 000 s，验证了其在高精度光纤频率传递中的可行性与显著优势。

4 主动光钟研究进展

张佳 , 史田田 , 缪健翔 , 陈景标

2023(3). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.03.01

[摘要](2037) [HTML](296) [PDF 1.49 M](1761)

摘要:
自2005年至今，主动光钟经过了近20年的发展。主动光钟利用原子系综作为增益介质，其受激辐射可直接作为钟激光信号。因为主动光钟工作在坏腔区域，因此具有腔牵引抑制和窄线宽两个显著的优点，可以有效克服被动光钟存在的腔长热噪声问题。由于其优越的性能，主动光钟受到了国内外同行的广泛关注。根据实现方式不同，本文将主动光钟划分为原子束型主动光钟、基于激光冷却和光晶格囚禁的主动光钟、原子束及光晶格“复合型”主动光钟、法拉第主动光钟、离子阱囚禁型主动光钟以及热原子气室型主动光钟。对于不同类型的主动光钟，本文详细介绍了其实验及理论研究进展，并分析其优劣。最后，分析了主动光钟在精密测量领域的应用并展望了主动光钟的发展方向，为推动主动光钟的广泛应用提供借鉴。

5 芯片相干布居囚禁原子钟

陈杰华

2023(3). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.03.05

[摘要](2128) [HTML](360) [PDF 1.31 M](2188)

摘要:
对基于相干布居囚禁（CPT）态原子的芯片级原子钟技术进行了综述，包括CPT原子钟的基本原理、Ramsey-CPT原子钟技术、CPT原子钟的微小型化方案、CPT芯片原子钟的发展等，对其中的关键技术：激光频率调制、Ramsey技术、左右旋圆偏振光泵浦（push-pull）、激光和微波稳频以及微光机电加工系统（MOEMS）等技术进行分析讨论，最终总结出CPT原子钟向着低功耗、芯片化和时钟精度高的方向发展。

6 国产高性能光抽运小铯钟研制进展

贺轩 , 袁志超 , 陈佳源 , 陈徐宗 , 王青 , 齐向晖

2023(3). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.03.09

[摘要](1936) [HTML](389) [PDF 2.33 M](1483)

摘要:
介绍了北京大学利用光抽运小铯钟相比于传统的磁选态小铯钟有更高的铯原子利用率的优势，在频率稳定度方面取得的突破性进展；总结出了光抽运小铯钟达到高性能的关键因素在于铯束管优值、激光稳频和电路地噪声；最终优化后的光抽运小铯钟频率稳定度均超过了5071A优质管2倍以上，典型值为3 × 10^-12 / τ^1/2；近三年来陆续研制出8台光抽运小铯钟，初步实现了高性能光抽运小铯钟工程化。

7 汞离子微波钟及其研究进展

颜碧波 , 陈义和 , 柳浩 , 佘磊

2023(3). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.03.10

[摘要](2196) [HTML](388) [PDF 3.33 M](2171)

摘要:
汞离子微波钟是下一代星载原子钟、地面守时原子钟的有力候选者。文章介绍了本团队在汞离子微波钟的离子囚禁、缓冲气体冷却、微波综合器、汞光谱灯等关键技术取得的突破和进展，在此基础上，研制出了小型化汞离子钟整机，其频率稳定度达到了2.3 × 10^-15/10⁵ s，同时开展了分区式线形阱汞离子微波钟的技术研究，实现了离子的高效梭动及系统的闭环锁定，测得频率稳定度3.45 × 10^-13/τ^1/2（τ = 10 ～ 10 000 s），为汞离子微波钟技术的应用奠定了重要基础。

8 100 km光纤链路中小于100 fs分辨力的双光梳钟差测量实验研究

吴云峰 , 孟飞 , 阿布都维力·阿布力克木 , 宋晏蓉 , 张志刚

2023(3). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.03.13

[摘要](1026) [HTML](305) [PDF 2.83 M](1160)

摘要:
为了解决远距离光纤链路两端测量钟差限制在ps量级的问题，运用线性光学采样法测量钟差的基本理论，利用双光梳线性光学采样法完成了100 km光纤链路两端的钟差测量实验研究。通过梳齿压缩和色散补偿技术实现了光梳梳齿线宽和远距离光纤链路净色散量的优化，突破了高精度读取干涉花样中心时刻的难点，最终实现了高分辨力的钟差测量。通过时间间隔计数器与线性光学采样法测量光纤链路时延对比实验和100 km光纤链路钟差测量实验证明：基于线性光学采样法测量的钟差小于100 fs，能够有效满足高精度时间同步系统的要求。本研究为促进精密导航、高速通信和精准授时等领域的发展起到重要作用。

9 可搬运光钟研究进展及展望

潘多 , 刘天宇 , 陈景标

2023(3). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.03.04

[摘要](2046) [HTML](347) [PDF 2.94 M](2104)

摘要:
将可搬运光钟划分为高精度可搬运光钟、便携式可搬运光钟以及均衡性可搬运光钟三类，分别介绍了三类可搬运光钟的工作原理及国内外研究进展，并从稳定度、不确定度、系统集成度等角度分析了它们的性能优势和发展局限性。在此基础上，展望了可搬运光钟在机动守时授时、测地学、空间探测、微型定位等场景中的应用前景，并提出应通过降低核心激光部件的环境敏感性、提高激光部件与真空系统的稳健性等方式提升高精度可搬运光钟系统的机动性能；应结合真空技术、人工智能等手段提高便携式可搬运光钟的长期稳定性；应通过实验方案的迭代进一步提升均衡性可搬运光钟的精度。

10 基于囚禁离子的微波频标研究进展

秦浩然 , 张建伟 , 王力军

2023(3). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.03.03

[摘要](1186) [HTML](340) [PDF 1.54 M](1797)

摘要:
微波频标在卫星导航、精密计量、电力、通信等众多领域得到广泛应用，发挥了不可或缺的重要作用。近些年，国际上多家科研单位都在开展新型微波频标的研究，其中基于囚禁离子的微波频标具有高性能和小型化等优势，成为倍受关注的新一代微波频标。本文综述了离子阱微波频标的国内外研究现状，介绍了Penning阱和Paul阱两种常见离子阱的工作原理，以及¹⁹⁹Hg⁺，¹¹³Cd⁺，¹⁷¹Yb⁺等离子微波频标的研究动机、应用领域、技术方案和实现的技术指标。最后，本文对离子阱微波钟在守时钟、星载钟等方面的应用前景进行了展望。

11 不确定度和稳定度达10^-18量级的钙离子光频标

黄垚 , 管桦 , 高克林

2023(3). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.03.11

[摘要](983) [HTML](327) [PDF 3.22 M](1203)

摘要:
主要回顾了中国科学院精密测量科学与技术创新研究院在液氮低温钙离子光频标的物理系统设计、不确定度评估与稳定度的优化与测量等方面的工作。液氮低温系统为钙离子创造了液氮的温度环境（~ 80 K），极大降低了钙离子光频标的黑体辐射频移，使钙离子光频标的系统不确定度降至3.0 × 10^-18，成为第五种不确定度进入10^-18的原子/离子光频标体系。为了优化钙离子光频标的稳定度，将钟激光频率参考在Ramsey条纹上，并引入了参考条纹判定算法及自动寻峰算法，使钙离子光频标可长期稳定运行，长期稳定度达到6.3 × 10^-18@524 000 s。

12 光纤网时间同步性能计量校准装置研制

林平卫 , 齐苗苗 , 宋振飞

2023(2). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.02.10

[摘要](890) [HTML](316) [PDF 3.52 M](1004)

摘要:
为解决光纤时间传递系统中存在的远距离传递准确度低的问题，分析了环回法、双纤双向时间同步、双向波分复用、双向时分复用四种主流的高精度光纤时间传递方法的基本原理和技术特点，在此基础上研制了单信道时频传递装置。该装置采用电学相位补偿法实现频率传递同步，采用环回法与时分复用相结合的方法实现时间传递同步；使用1 秒脉冲（Pulse Per Second， PPS）和100 MHz共同标记时刻信号，其中1 PPS作为时刻粗标记，100 MHz作为时刻细标记，实现高精度时间同步。经实验证明，单信道时频传递装置的不确定度约为13 ps，能够满足现有光纤时频同步网计量校准的要求。该装置在多级时间传递同步、光纤时频同步网计量校准等领域中具有广阔的应用前景，为建设高稳定性、高可靠性和高精度的授时体系提供了重要技术支撑。

13 涡轮流量计时间常数校准技术研究

张永胜 , 党静 , 于小丽

2023(6). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.06.11

[摘要](719) [HTML](308) [PDF 3.22 M](907)

摘要:
为了校准涡轮流量计的时间常数，建立液体阶跃流量试验装置，该装置利用螺杆泵输送流体形成平台流量，采用内啮合齿轮泵输送流体形成阶跃流量分量，通过控制高速电磁阀的开启与关闭实现阶跃流量分量与平台流量的叠加，最终产生阶跃流量。利用皮托管对阶跃流量产生时间进行评估，结果表明阶跃流量上升时间小于9 ms。在不同阶跃工况下对涡轮流量计开展时间常数校准试验，结果表明：涡轮流量计时间常数并非固定值，且受平台流量影响较大，具有随前平台流量增大而减小的趋势，受阶跃流量幅度影响较小；在小流量范围内，实际测量得到的动态流量系数与理论模型推导得到的动态流量系数偏差较大，而在大流量范围内二者较为吻合。最后对时间常数校准结果进行了不确定度评估，最大扩展不确定度约为10 ms（k = 2）。研究成果有助于评估流量计动态特性，有望提高非稳态流量测量的准确度。