日本研究团队研制成功紧凑型高精度光晶格钟

近日，包括东京大学在内的日本研究团队研发出世界上第一台体积小、性能稳定、精度超高，体积仅为250升的光晶格钟。

光晶格钟是一种原子钟，精度比铯原子钟高出100倍。它的精确度相当于在100亿年里仅产生大约1秒的误差。凭借其超凡的精度，光晶格钟被视为下一代定义“秒”的有力候选者。

在研发过程中，原子钟跃迁的光谱测量物理组件，以及用于原子捕获和光谱分析的激光和控制系统均实现了小型化。这一创新将设备体积从传统的920升减小到了250升。

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体积为 250 升的紧凑型光学晶格钟已经开发出来。该系统包括用于在真空室内对时钟跃迁进行光谱分析的物理套件、用于操纵原子的激光器、用于时钟操作的控制系统以及用作激光器频率参考的光学腔。激光冷却的原子被捕获在光学晶格中，时钟跃迁频率在低温黑体辐射屏蔽中以高精度测量。

光晶格钟小型化提升了便携性，使其能用在各种安装环境中。光晶格钟能以厘米级的精度监测板块运动，追踪火山活动引发的地壳垂直位移，并在从数小时到数年的时间尺度上精确观测地壳的高度变化。此外，它还能促进超高精度高程测量和定位系统的开发。因此，光晶格钟有望成为未来社会需求的基础性设施，将在很多研究领域和实际应用中作出贡献。

此次研究隶属于“光晶格时钟云时空信息平台”研发项目。其目标是通过连接光晶格时钟来构建超高精度云时钟环境，将全球导航卫星系统中使用的原子钟精度提高1000倍以上，从而实现更快、容量更大的通信以及更先进的定位服务。