日前，中國計量科學研究院（以下簡稱“中國計量院”）成功搭建國內首個“光鐘絕對頻率測量開放共享平臺”。該平臺旨在支持國內10余家單位近20臺光鐘的研究工作，帶動我國時間頻率研究和應用整體水平提升，在即將到來的新一輪“秒”定義變革中作出中國貢獻。

時間單位“秒”是國際單位制（SI）7個基本單位之一，也是長度、電流等單位復現的基礎物理量，對科學研究和社會生活影響巨大。

目前，銫原子噴泉鐘是秒定義的復現裝置，近年來隨著激光冷卻和飛秒光梳技術的高速發展，光鐘表現出了超過銫原子噴泉鐘2個數量級的潛在優勢，2006年第17次國際時間頻率咨詢委員會(CCTF)會議通過了鍶原子、鍶離子、鐿原子、鐿離子、汞原子、汞離子、鋁離子的光鐘頻率作為國際時間單位“秒”的次級定義。近幾年，我國鍶原子（中國計量科學研究院、中科院國家授時中心）、鐿原子（華東師范大學、中科院武漢物理與數學研究所）、鈣離子（中科院武漢物理與數學研究所）、鋁離子（中科院武漢物理與數學研究所、華中科技大學）等光鐘研究取得了較大進展，其頻率不確定度已達到10-16 ~ 10-17量級，預計很快全面進入10-18量級。

2019年520世界計量日，國際單位制新定義正式實施，修改“秒”定義成為國際計量界的主要議題。國際計量局（BIPM）時間頻率咨詢委員會（CCTF）及國際單位制咨詢委員會（CCU）都在積極推進秒定義修改的討論。為此，作為我國的國家計量院——中國計量院搭建國內首個“光鐘絕對頻率測量開放共享平臺”，重點支持國內相關機構共同盡早取得技術突破，實現高水平光鐘絕對頻率量值評估，奠定中國在國際秒定義修改中的話語權。

圖1 中科院上海光機所和華力創通公司的兩臺銣原子噴泉鐘在中國計量院實驗室校準

據了解，該平臺依托中國計量院國家秒長基準NIM5和原子時標國家計量基準UTC(NIM)，采用兩種獨立技術體系測量光鐘絕對頻率。基于兩個測量結果進行雙盲驗證，最大程度抑制了由測量設備、測量過程、測量條件和數據處理等引入的不確定性，保障了光頻量值溯源的準確與可靠，頻率校準能力最高達E-16量級，該技術指標也是目前國際上光鐘絕對頻率測量的最高水平之一。為我國加快探索光鐘駕馭氫鐘產生下一代時間基準奠定了技術基礎，對于建設我國獨立自主、準確可靠的時間頻率體系意義深遠。

主要設施及技術指標：2臺銫原子噴泉基準鐘NIM5和NIM6，其中后者頻率不確定度優于5.8E-16，相當于5400萬年不差1秒；1套原子時標國家計量基準UTC(NIM)，時間穩定度0.16ns/5d，達到了同期國際領先水平；多套高穩定性光纖光頻梳裝置，連續鎖定時間達30天以上、梳齒線寬達Hz量級，突破了窄線寬光頻梳技術壁壘。

目前，中國科學院武漢物理與數學研究所2臺鈣離子光鐘、中國科學院上海光機所和華力創通公司各1臺銣原子噴泉鐘已送至中國計量院昌平院區開展頻率測量與比對。

圖 2 中科院武漢物數所的可搬運鈣離子光鐘在中國計量院校準絕對頻率