时间频率计量科学研究所介绍

时间频率计量科学研究所介绍

时间单位秒是国际单位制七个基本单位中测量准确度最高、应用最广，因而最重要的一个。长度基本单位米(m)、电学重要单位伏特(V) 等都直接以频率定义。其它许多物理量，如距离、位移、加速度、温度、力等转化到频率来加以测量，常常都能改善测量准确度。时间频率中心目前有固定岗位职工24人，其中中国工程院院士1人，研究员9人，承担科技部、基金委多项课题研究，保持2项国家基准，5项国家计量标准。

光学频率标准实验室

中国计量科学研究院时间频率研究所光学频率标准实验室负责研究和建立国家光学频率标准。中国计量科学研究院光学频率标准的研究工作从20世纪60年代初期开始，早期的研究工作重点在He-Ne和碘吸收激光稳频研究。2005年使用调制转移方法研制完成碘稳频532 nm Nd:YAG单块固体激光频率标准，频率稳定度达到5×10-15（100秒平均时间），达到当时的世界先进水平，获得2008年国家科技进步二等奖。

时间频率计量科学研究所从2002年开始研究基于掺钛蓝宝石（Ti:Sapphire）锁模飞秒激光器的光学频率梳。2006年计量院飞秒激光光学频率梳系统通过了鉴定，实验测量了碘稳频532nm Nd:YAG固体激光频率标准的光学频率，测量不确定度达到了3.6×10-14。此项目获得2009年国家科技进步二等奖。飞秒光梳装置的研制成功使得我国国家激光波长（频率）标准不再依赖于国际比对才能实现量值溯源，这标志着我国独立完整的激光波长（频率）量值溯源体系的建成。

锶原子光晶格钟研究工作从2007年正式开始，先后得到了973计划、国家科技支撑计划、国家重点基础研究发展计划、国家自然科学基金精密测量物理重大专项和国家重点研发计划的支持，开展了Hz量级线宽超稳激光系统、锶原子的激光冷却与囚禁和锶原子精密光谱等研究，2015年研制完成国内第一台锶原子光晶格钟，实现了频率偏移的独立评定，评定不确定度2.3×10-16；通过溯源到NIM5铯原子喷泉钟进行了绝对频率测量，不确定度3.4×10-15。2015年9月绝对频率测量结果报送国际时间频率咨询委员会CCTF频率标准工作组并被采纳，参与了锶原子频率2015年国际推荐值计算，使中国成为世界上第五个研制成功锶原子光晶格钟的国家。2016年，开始在计量院昌平实验基地开展第二套锶原子光晶格钟研究，目前已经实现了闭环锁定。为了进行两台光钟的比对，在计量院和平里院区和昌平院区之间建立了超稳激光频率传递系统，为今后异地光钟的比对奠定技术基础。

2019年，武汉物理与数学研究所高克林研究员组研制的可搬运钙离子光钟搬运到计量院昌平院区，进行绝对频率溯源和光钟直接比对的工作，该项工作正在进行中。

微波频率标准实验室重力组

重力加速度是一个既位置依赖又随时间变化的物理量，在地球物理、导航定位、计量研究等科技领域有非常广泛的应用。目前，对重力加速度及其变化可以通过光学干涉重力仪非常准确地测量，或者使用相对重力仪，比如超导重力仪，进行高精度的连续测量。但是很难在一台传统重力以上同时实现高精准和高连续性的测量。 这是因为传统的光学重力仪由于存在机械磨损，不适合连续工作很长时间。而相对重力仪虽然精度很高，也可以连续工作，但存在漂移，不能保证测量的准确度。基于冷原子的量子重力仪可以实现集高精准、高连续性测量于一身。

基于脉冲光双光子拉曼跃迁的原子干涉在重力及其梯度、转动、基本物理常数等的精密测量中被广泛使用。目前，原子重力仪的测量灵敏度可达几个μGal/ Hz1/2，准确度3-5 μGal。此外，随着技术的成熟，越来越多的原子重力参加重力仪比对，这对重力仪的评价非常重要。目前无论全球还是区域重力比对，参加的绝大部分是FG5系列产品，这可能会由于存在未发现的系统误差使得测量结果不可靠。从计量角度来看，使用基于不同原理的重力仪参加比对很有必要。

微波频率标准实验室

主要职责是依照现行秒定义，研制、维护和保存铯原子喷泉钟复现秒长。目前正在运行中的喷泉钟NIM5不确定度为1E-15，达到国际先进水平。同时我们配合院内守时实验室实现用铯喷泉钟直接驾驭氢钟产生独立的中国计量院原子时TA(NIM-c)。同时本实验室还从事本实验室还从事冷原子干涉精密测量的研究、及时频新技术的研究,包括超稳微波源，以及光纤高精度微波频率传递链路。原子重力仪的短期灵敏度可达28 μGal/√Hz，长期稳定度优于 0.2 μGal，系统不确定度 4.2 μGal

1.喷泉钟研究团队

团队成员：李天初（院士）、房芳、陈伟亮、刘昆、戴少阳

喷泉钟研究团队主要从事冷原子喷泉钟及微波相关技术的研究。铯原子时间频率基准钟复现秒定义, 成为时间频率计量体系的溯源源头。它的准确度代表着国家时间频率计量体系的水平，是一个国家战略竞争力的重要标志之一。激光冷却铯原子喷泉钟是最新一代的实验室型基准铯钟，是国际上各国计量院复现现行秒定义的手段。

1997年开始研制NIM4激光冷却铯原子喷泉钟，2003年12月通过鉴定，实现的秒定义复现不确定度达到8.5E-15。NIM4铯喷泉钟在2005年改进后不确定度达到5E-15。2006年，NIM4激光冷却铯原子喷泉时间频率基准装置的研究获得国家科技进度一等奖。

2005年，中国计量科学研究院开始研制第二代激光冷却可搬运铯原子喷泉钟NIM5， 2011年底顺利通过专家鉴定。2014年，NIM5不确定度为1.4E-15，通过专家审批，正式获批作为“秒长国家计量基准”。同年NIM5通过了国际频率基准工作组评审，继法、美、德、英、意、俄后，开始参与驾驭国际原子时，使中国在国际原子时合作中不仅拥有话语权，而且第一次具有了表决权。2016年再次获国家科技进步一等奖。

Contact Us:

Dr. Fang Fang

Tel:86-10-64524566 (Hepingli office)

86-10-64526070 (Changping office)

86-10-64526091 (Changping lab)

E-mail: fangf@nim.ac.cn

Address: No. 18, Bei San Huan Dong Lu,

Chaoyang district, Beijing, 100013

National institute of metrology, time and frequency division

守时实验室

守时实验室主要职责及研究方向：研究、建立和维护国家原子时标基准；研究、建立、保存和维护时间频率相关计量标准；开展时间频率测量传递技术研究，开展相关量值传递和溯源工作；开展时间频率国际比对，参加国际原子时合作；开展国内量值比对工作，承担计量技术机构考核、计量标准考核和能力验证工作，承担测量方法和测量结果的可靠性评价工作。承担相关国际建议、国家标准制修定、仪器计量技术标准的制修定。

时间频率测量技术实验室

时间频率仪器计量测量技术实验室主要职责及研究方向：研究、建立和维护基于飞秒光学频率梳的国家波长基准和量值传递体系；开展基于钛宝石飞秒激光器、光纤飞秒激光器的光学频率梳技术研究；开展超稳定、超窄线宽飞秒光学频梳关键技术研究；开展光学频率梳的比对和测量工作；开展特定波长激光的绝对频率测量工作；开展基于双光学频率梳的绝对长度测量、时频传递、光谱测量的关键技术研究等。

时间频率计量科学研究所科研团队

光学频率标准实验室科研团队

团队的研究方向为光学频率基标准的研究，包括锶原子光晶格钟、飞秒光学频率梳及应用、超稳激光、超稳光学频率传输等。锶原子光晶格钟有可能成为新一代时间频率基准钟，目前的研究致力于提升锶原子光晶格钟的不确定度指标，为未来国际秒定义的变更做准备，其他的各项研究都围绕着这个核心内容展开。2015年，团队经过10年研究取得了第一个锶原子光钟评估和测量结果，在国际计量局计算锶光钟频率国际推荐值时被采纳为源数据。

李天初

科研专家团队、创新团队等人员简介和联系方式: 重力仪研究团队(时频中心部分): 团队带头人: 李天初 中国工程院院士。联系方式：64524566，litch@nim.ac.cn。 团队成员: 王少凯，1977年生，博士，中国计量科学研究院研究员。联系方式：64526228，wangshk@nim.ac.cn。 赵阳，1982年生，博士，中国计量科学研究院副研究员。联系方式：64526228，zhaoyang@nim.ac.cn。 庄伟，1983年生，博士，中国计量科学研究院副研究员。联系方式：64526228，zhuangwei@nim.ac.cn。

李天初

Dr. Tianchu Li, fellow of the Chinese Academy of Engineering, NIM fellow, senior scientist, Ph.D from Tsinghua Univ.

中国标准时间研究团队

中国标准时间研究团队成立于2017年7月，团队由6名成员组成，包括3名研究员，3名副研究员，团队带头人张爱敏。团队的主要研究目标是：国家时间频率基准UTC(NIM)改进与提升；中国标准时间的建立与保持；时间频率比对传递、溯源、链路校准及北斗时间监测。

计量基标准

（1）基准

守时实验室目前建有一项国家计量基准：原子时标基准装置，所保持的原子时UTC(NIM)与UTC的偏差优于±5ns。

（2）标准

目前建有四项国家计量标准：标准频率检定装置，短期频率稳定度检定装置、频谱分析仪检定装置及GNSS信号模拟器校准装置。

技术能力与服务

时频测量实验室

根据用户需要提供定波长输出的光纤光学频率梳；提供固体、光纤光学频率梳的比对测量；提供可见光到近红外激光绝对频率、稳定度测量。

守时实验室

建有国家计量基准一项：原子时标国家计量基准、国家计量标准四项：标准频率检定装置，短期频率稳定度检定装置，频谱分析仪检定装置及GNSS信号模拟器校准装置。检定校准的主要仪器有：铯、氢、铷原子频标，高稳定晶体振荡器，GNSS接收机，GNSS信号模拟器，通用计数器，微波频率计数器，计数器内及各类电子仪器内晶体振荡器，频标比对器，比相仪，频率合成器及频谱仪等。

资源共享

守时实验室

标准时间

时频测量实验室

利用现有自制光纤光学频率梳，与有意合作单位联合开展光纤光学频率梳的应用工作。