高精度光钟频率比对系统研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    91636214
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    370.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A21.原子分子物理
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

In the last decade, optical atomic clocks have been developed tremendously. The frequency instability and uncertainty of optical atomic clocks have been reduced to the 10^(-18) level, which will trigger a revolution in fundamental research and high technology. All the applications of optical atomic clocks rely on accurate frequency ratio measurement between optical clocks or accurate frequency transfer from optical clocks to other frequencies in the optical or microwave region. In order to accurately measure the frequency ratios between optical atomic clocks, we need both accurate optical clocks as well as frequency ratio measurement systems with accuracy beyond optical clocks. Aiming at develop accurate optical clocks and frequency comparison system, this proposal plans to develop ultra-stable laser systems with frequency instability of 10^(-16)-10^(-17) at 1 s averaging time to improve the stability and accuracy of optical clocks, and to develop a high precision optical frequency divider with division uncertainty at the 10^(-20) level to meet the requirement of frequency measurement between optical clocks. Based on both of them, a high precision frequency ratio system for optical clocks can be constructed. The system can not only generate high quality clock laser for different optical clocks, but also accurately control the frequency ratios between those clock lasers. Besides, a portable frequency ratio measurement system will be realized for many important applications of optical clocks in our country.
近年来光钟研究迅猛发展,它的频率不稳定度和不确定度都能达到10^(-18),将为基础研究和高新技术的发展带来革命性的突破。它的这些重要应用都依赖于光钟之间高精度的频率比值测量和如何将光钟的频率精度传递到其它光学或者微波波段。高精度的光钟频率比值测量必须有高精度的光钟和优于光钟精度的频率比对系统。本项目针对高精度光钟的关键技术(超稳钟激光)和高精度光钟频率比对关键技术(光学频率分频器)开展深入的研究,拟研制频率不稳定度为10^(-16)-10^(-17)的光学频率源(1秒积分时间)和分频精度为10^(-20)的多通道、低噪声光学频率分频器。然后将两者有机地结合起来,建立高精度光钟频率比对系统。该系统不仅能根据不同的光钟产生相应的钟激光,还能精确地控制这些钟激光之间的频率比值。项目拟在上述研究的基础上争取建立可搬运的高精度光钟频率比对系统,为提升我国光钟研究和光钟应用水平做出贡献。

结项摘要

原子光钟的频率不稳定度和不确定度已提高到E-18,正在迈向E-19,它将为精密测量物理和高新技术的发展带来革命性的突破。光钟的应用都依赖于光钟之间的频率比值测量和如何将光钟的频率精度传递到其它光学或者微波波段。通常采用光钟控制的光梳和基于微波频率基准源的频率计数器测量光钟之间的频率比值,该方法的测量精度受限于光梳和微波频率基准源的频率噪声。本项目采用传递振荡器、光束空间共模传输和光频下转换微波频率自参考基准等技术使得光学频率比值测量对光梳和微波频率基准源的频率噪声有6个数量级的免疫效果。我们采用商用铷钟控制的钛宝石飞秒光梳实现了不同光钟工作波段之间的高精度光频传递。通过与光学倍频(不同工作原理的光学分频器)的比对测量证明:由于受限于铷钟的频率噪声,光梳的频率稳定度为2E-11(1秒积分时间),但是光学分频过程中所引入的频率噪声可低至6E-18(1秒积分时间),分频精度可达到5E-21(1万秒积分时间),它可满足当今最好光钟的频率比值测量需要。采用该系统我们按预置的频率比值将1064nm稳频激光的频率稳定性传递到578nm激光,用于探测镱原子光钟跃迁谱线,并分别在400ms和200ms探测时间获得了线宽为2Hz及4.1Hz的光谱信号。采用谱线宽度为4.1Hz的光谱信号将光学分频器输入端的激光频率稳定在镱原子光钟跃迁谱线上,因而光学分频器的输出激光将与镱原子光钟有相同的频率精度。由于我们采用的是钛宝石飞秒光梳,其光谱范围可覆盖大部分光钟波段,因此可以同时以高精度的频率比值连接多个光钟和开展不同光钟之间的频率比对和频率比值测量。由于铷原子钟具有价格低、体积小、易搬运和使用环境要求低的优点,基于商用铷钟的光学分频技术将具有更大的应用范围。同时该技术对光梳频率噪声又有很强的免疫效果,为不宜实现高精度频率控制的芯片光梳、高频相位调制型光梳、光纤光梳满足空间应用提供了新的技术路线。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Towards generation of millihertz-linewidth laser light with 10-18 frequency instability via four-wave mixing
通过四波混频产生具有 10(-18) 频率不稳定性的毫赫线宽激光
  • DOI:
    10.1063/1.5082660
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Appl. Phys. Lett.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jin L.;Hang C.;Jiang Y. Y.;Zhu C. J.;Yao Y.;Zheng Z;Huang G. X.;Ma L. S.
  • 通讯作者:
    Ma L. S.
A low noise optical frequency synthesizer at 700–990 nm
700-990 nm 低噪声光频率合成器
  • DOI:
    10.1063/1.4963690
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Applied Physics Letters
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Yuan Yao;Yanyi Jiang;Lifei Wu;Hongfu Yu;Zhiyi Bi;Longsheng Ma
  • 通讯作者:
    Longsheng Ma
Optical frequency division.
光分频
  • DOI:
    10.1093/nsr/nwz209
  • 发表时间:
    2020-12
  • 期刊:
    National science review
  • 影响因子:
    20.6
  • 作者:
    Yao Y;Jiang Y;Ma L
  • 通讯作者:
    Ma L
Optical frequency divider with division uncertainty at the E−21 level
光分频器,分频不确定度为 E-21 级
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    National Science Review
  • 影响因子:
    20.6
  • 作者:
    Yuan Yao;Yanyi Jiang;Hongfu Yu;Zhiyi Bi;Longsheng Ma
  • 通讯作者:
    Longsheng Ma
Optical frequency divider with division uncertainty at the 10-21 level
光分频器,分频不确定度为 E-21 级
  • DOI:
    10.1093/nsr/nww063
  • 发表时间:
    2016-12-01
  • 期刊:
    NATIONAL SCIENCE REVIEW
  • 影响因子:
    20.6
  • 作者:
    Yao, Yuan;Jiang, Yanyi;Ma, Longsheng
  • 通讯作者:
    Ma, Longsheng

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其他文献

冷镱原子光钟的钟跃迁谱线优化及频率稳定性测量
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    计量学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐艺琳;李上彦;马龙生;徐信业
  • 通讯作者:
    徐信业
抑爆位置对连通容器甲烷空气混合气体爆炸的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    南京工业大学学报(自科版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘明翰;王志荣;崔洋洋;马龙生;张锎;蒋军成
  • 通讯作者:
    蒋军成
丝网结构对连通容器气体爆炸的二次抑制效果
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    化工学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    崔洋洋;王志荣;刘明翰;张锎;马龙生;蒋军成
  • 通讯作者:
    蒋军成
喀斯特地区春季土壤水分空间插值方法对比
  • DOI:
    10.13284/j.cnki.rddl.003169
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    热带地理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙智妍;周秋文;张思琪;韦小茶;马龙生
  • 通讯作者:
    马龙生
微型Nd:YVO4激光器在碘分子调制转移光谱中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    光学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    毕志毅;罗明;丁晶新;马龙生
  • 通讯作者:
    马龙生

其他文献

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马龙生的其他基金

高精度光学频率合成器
  • 批准号:
    11927810
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    730.2 万元
  • 项目类别:
    国家重大科研仪器研制项目
赫兹线宽光学频率合成器研究
  • 批准号:
    11334002
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    325.0 万元
  • 项目类别:
    重点项目
飞秒锁模激光稳频技术研究
  • 批准号:
    10274020
  • 批准年份:
    2002
  • 资助金额:
    32.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
环形光学谐振腔增强调制转移光谱技术的研究
  • 批准号:
    69078011
  • 批准年份:
    1990
  • 资助金额:
    3.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
激光相位调制光外差光谱学的研究及其应用
  • 批准号:
    68778014
  • 批准年份:
    1987
  • 资助金额:
    3.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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  • 批准年份:
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  • 资助金额:
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相似海外基金

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知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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