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超高精度的光学分频器

第一作者:姚远(华东师范大学)

通讯作者:蒋燕义、马龙生(华东师范大学)

成果简介:

光钟的不确定度已达到了10-18,正在向10-19迈进,它将在建立“秒”的新定义、验证基本物理定律、精确导航、地球物理和精密测量物理等许多研究领域实现新的突破。由于光钟只在一个特定频率工作,所有这些应用都需要将光钟的信号以精确的频率比值转换到其他光学频率。本文采用赫兹线宽光学频率梳、光梳频率噪声免疫技术和光频下转换自参考频率基准技术建立了一种低噪声高精度的光学分频,分频数不依赖于噪声远大于光钟的射频标准信号源,它可对输入的光学频率fin进行任意数R的分频,分频数R的精度达到了10-21,被评价为“前所未有”的分频精度,它能满足当前世界上最高精度光钟信号的频率转换需求。

团队介绍:
马龙生团队长期从事光学频率的精密控制与传输,包括超窄线宽稳频激光、光学频率梳的精密控制和激光光纤精密传输等研究,取得了有重要国际影响的研究成果。他们于2003年将研制的飞秒光梳先后运往国际计量局和美国标准与技术国家实验室进行了首次国际光梳比对研究,以前所未有的精度对光频实现了分频和合成,其不确定度达到10-19,国际同行评价它“
Research paves the way to next generation ofatomic clocks   ”。该成果发表在Science (2004)上。该数据被2005年诺贝尔物理奖公告资料录用,马龙生也应邀参加了诺贝尔奖颁奖大会。Theodor W. Hänsch在诺贝尔颁奖大会做演讲时,用整页篇幅介绍了该项独立于诺贝尔奖得主John L. Hall和Theodor W. Hänsch的研究成果。Hall和Hänsch教授还在各自的诺贝尔奖演讲文章中,都引用和充分肯定了该成果。该成果于2006年获得国家自然科学二等奖,尔后马龙生教授又于2010年获得IEEE-IFCS颁发的国际拉比奖,表彰他:在发展光钟、飞秒激光光谱和将频率测量精度推进到10-19做出了决定性贡献。2004年研究获重大突破之后,该课题组继续坚持光场时频域精密控制研究,组成了以青年教师蒋燕义等为主要骨干的老中青相结合的研究团队,陆续研发了多项光梳关键技术,并于2016年实现了任意数的光学分频,将2004年的分频精度提高了100倍,达到了10-21。同期评论文章评价它为“前所未有”的精度。 



参考文献:
Optical frequency divider with division uncertainty at the 10−21 level Yuan Yao, Yanyi Jiang, Hongfu Yu, Zhiyi Bi and Longsheng Ma 

Natl Sci Rev 2016; 3: 463–469

https://doi.org/10.1093/nsr/nww063

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