中新網(wǎng)北京10月5日電 (記者 孫自法)在星地自由空間遠距離光學(xué)時間頻率傳遞領(lǐng)域，中國科學(xué)家最新取得一項國際首次的重要突破——實現(xiàn)百公里自由空間高精度時間頻率傳遞。

　　這項有望在從導(dǎo)航到引力波探測和暗物質(zhì)搜尋等物理學(xué)基本問題研究方面產(chǎn)生重大應(yīng)用的基礎(chǔ)科研領(lǐng)域重大成果論文，北京時間10月5日夜間在國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》上線發(fā)表�！蹲匀弧穼徃迦烁叨仍u價稱，該項研究工作是星地自由空間遠距離光學(xué)時間頻率傳遞領(lǐng)域的一項重大突破，將對暗物質(zhì)探測、物理學(xué)基本常數(shù)檢驗、相對論檢驗等基礎(chǔ)物理學(xué)研究產(chǎn)生重要影響。

　　中國科學(xué)院(中科院)向媒體發(fā)布信息說，本項研究工作由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士團隊與中科院上海技術(shù)物理研究所、中科院新疆天文臺、中科院國家授時中心、濟南量子技術(shù)研究院、寧波大學(xué)等合作，通過發(fā)展大功率低噪聲光梳、高靈敏度高精度線性采樣、高穩(wěn)定高效率光傳輸?shù)燃夹g(shù)，首次在國際上實現(xiàn)百公里級的自由空間高精度時間頻率傳遞實驗，時間傳遞穩(wěn)定度達到飛秒量級，頻率傳遞萬秒穩(wěn)定度優(yōu)于4E-19(E-19量級，相當(dāng)于時鐘約一千億年的誤差不超過一秒)。這項實驗結(jié)果有效驗證了星地鏈路高精度光頻標(biāo)比對的可行性，向建立廣域光頻標(biāo)網(wǎng)絡(luò)邁出重要一步。

　　據(jù)科研團隊介紹，近年來，基于超冷原子光晶格的光波段原子鐘(光鐘)的穩(wěn)定度已進入E-19量級，將形成新一代的時間頻率標(biāo)準(zhǔn)(光頻標(biāo))，結(jié)合廣域、高精度的時間頻率傳遞可以構(gòu)建廣域時頻網(wǎng)絡(luò)，將在精密導(dǎo)航定位、全球授時、廣域量子通信、物理學(xué)基本原理檢驗等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。例如，當(dāng)全球尺度時頻傳遞的穩(wěn)定度達到E-18(相當(dāng)于時鐘約一百億年的誤差不超過一秒)量級時，就可形成新一代的“秒”定義，2026年國際計量大會將討論這種“秒”的重新定義。在此基礎(chǔ)上進一步發(fā)展，高軌空間具有更低的引力場噪聲環(huán)境，光頻標(biāo)和時頻傳遞的穩(wěn)定度理論上能夠進入E-21(相當(dāng)于時鐘約十萬億年的誤差不超過一秒)量級，有望在引力波探測、暗物質(zhì)搜尋等物理學(xué)基本問題的研究方面產(chǎn)生重大應(yīng)用。

　　不過，傳統(tǒng)的基于微波的衛(wèi)星時頻傳遞穩(wěn)定度僅有E-16(相當(dāng)于時鐘約一億年的誤差不超過一秒)量級，不能滿足高精度時頻網(wǎng)絡(luò)的需求�；�于光頻梳和相干探測的自由空間時頻傳遞技術(shù)，穩(wěn)定度可以達到E-19量級，是高精度時頻傳遞的發(fā)展趨勢，但此前國際上的相關(guān)工作信噪比低、傳輸距離近，難以滿足星地鏈路高精度時頻傳遞的需求。

　　針對傳統(tǒng)時頻傳遞穩(wěn)定度無法滿足高精度時頻網(wǎng)絡(luò)需求，科研團隊在本次合作研究中主要攻克了三方面難題：一是通過發(fā)展全保偏光纖飛秒激光技術(shù)，實現(xiàn)瓦級功率輸出的高穩(wěn)定光頻梳；二是基于低噪聲平衡探測和集成干涉光纖光路模塊，結(jié)合高精度相位提取后處理算法，實現(xiàn)納瓦量級的高靈敏度線性光學(xué)采樣探測，單次時間測量精度優(yōu)于100飛秒；三是進一步提升了光傳輸望遠鏡的穩(wěn)定性和接收效率。

　　以上述三大技術(shù)突破為基礎(chǔ)，中國科學(xué)家團隊在新疆烏魯木齊成功實現(xiàn)113公里自由空間時頻傳遞，時間傳遞萬秒穩(wěn)定度達到飛秒量級，頻率傳遞萬秒穩(wěn)定度優(yōu)于4E-19，系統(tǒng)相對偏差為6.3E-20±3.4E-19，系統(tǒng)可容忍最大鏈路損耗高達89dB(即信號損耗至約十億分之一)，遠高于中高軌星地鏈路損耗的典型預(yù)期值(約78dB，即信號損耗至約億分之一)，充分驗證了星地鏈路高精度光頻標(biāo)比對的可行性。

　　科研團隊透露，在國際上首次實現(xiàn)百公里級的自由空間高精度時間頻率傳遞實驗之后，下一步，團隊還將結(jié)合中高軌量子衛(wèi)星的研制，力爭在國際上率先實現(xiàn)星地高精度時頻傳遞。(完)