С быстрым развитием науки и техники атомные часы, как важный краеугольный камень современной науки и техники, играют решающую роль в таких областях, как спутниковая навигация, связь, электричество и финансы, благодаря своей точности и стабильности. В этой области китайские ученые снова добились крупного прорыва, успешно разработав новый тип рубидиевых атомных часов с международным передовым уровнем, побив международный рекорд и добавив еще одно славное достижение к научным и технологическим начинаниям Китая.

I. Рубидиевые атомные часы: «Хранитель времени» в области науки и техники

Атомные часы, как следует из названия, являются таймерами на основе атомов. По сравнению с традиционными механическими часами, кварцевыми часами и т. д., атомные часы обладают более высокой точностью и стабильностью и могут поддерживать точное измерение времени в течение чрезвычайно длительного периода. Среди них рубидиевые атомные часы стали одними из атомных часов с самой высокой долей рынка благодаря своим преимуществам, таким как малый размер, легкий вес и низкое энергопотребление, и широко используются в различных областях.

Однако с непрерывным развитием науки и техники требования к производительности атомных часов на основе рубидия также растут. Чтобы удовлетворить этот спрос, исследовательская группа под руководством Мэй Ганхуа из Инновационной академии прецизионных измерительных наук и технологий Китайской академии наук преодолевала трудности на протяжении многих лет и успешно разработала новый тип атомных часов на основе рубидия, соответствующий международному уровню.

II. Крупный прорыв: Стабильность побила международный рекорд

Стабильность частоты является основным показателем атомных часов и напрямую определяет точность и надежность их хронометража. В этом исследовании группа под руководством Мэй Ганхуа провела углубленное исследование и инновации в ключевых технологиях рубидиевых атомных часов. Начав с трех аспектов, а именно улучшения отношения сигнал/шум атомных сигналов, снижения фазового шума зондирующей микроволны и подавления чувствительности атомной системы к окружающей среде, они достигли крупного прорыва.

Во-первых, при проектировании физической системы команда применила новые технологии с независимыми правами интеллектуальной собственности, такие как щелевые трубчатые микроволновые резонаторы, крупногабаритные ячейки на основе рубидия, источники накачки света с высокой спектральной чистотой и двойная фильтрация. Они эффективно улучшили отношение сигнал/шум атомных сигналов и подняли стабильность частоты до беспрецедентного уровня 4,7×10⁻¹⁴τ⁻¹/². Это достижение обеспечивает мощную гарантию точности и стабильности атомных часов на основе рубидия.

Во-вторых, команда также добилась важного прогресса в проектировании схем. Они разработали синтезатор частот с низким уровнем фазового шума, который контролировал влияние шума схемы на стабильность рубидиевых часов на уровне 6,0×10⁻¹⁴τ⁻¹/². Это нововведение не только уменьшило влияние шума схемы на производительность атомных часов, но и обеспечило надежную поддержку для последующих технологических усовершенствований.

Кроме того, для дальнейшего улучшения экологической адаптивности рубидиевых атомных часов команда также использовала герметичный ящик для изоляции физической системы от атмосферной среды. Эта мера успешно снизила влияние колебаний атмосферного давления на стабильность рубидиевых часов на порядок, предоставив мощную гарантию для применения рубидиевых атомных часов в сложных средах.

На основе вышеуказанных технологических прорывов и инноваций команда под руководством Мэй Ганхуа успешно разработала прототип нового принципа атомных часов на основе рубидия, и его стабильность частоты достигла поразительного уровня 9,0×10⁻¹⁴τ⁻¹/² (1 с - 100 с). Это первый случай, когда индекс стабильности частоты атомных часов на основе рубидия достиг порядка величины 10⁻¹⁴τ⁻¹/², побив международный рекорд и заложив прочную основу для развития технологии атомных часов в Китае.

III. Перспективы применения: лидерство в области науки и технологий и стимулирование национального развития

Успешная разработка новых рубидиевых атомных часов не только придала новый импульс развитию технологии атомных часов в Китае, но и оказала мощную поддержку национальной обороне и таким экономическим областям, как спутниковая навигация, связь, электроэнергетика и финансы.

В области спутниковой навигации высокоточные и высокостабильные атомные часы являются ключом к обеспечению точности и надежности навигации. Ожидается, что применение новых рубидиевых атомных часов улучшит точность и стабильность навигации китайской спутниковой навигационной системы Beidou и еще больше повысит ее конкурентоспособность на международном рынке.

В области связи высокоточная функция хронометража атомных часов имеет большое значение для обеспечения синхронизации и стабильности сетей связи. Ожидается, что продвижение и применение новых рубидиевых атомных часов улучшит производительность и надежность сетей связи Китая и окажет мощную поддержку развитию технологий связи нового поколения, таких как 5G и 6G.

Кроме того, в таких областях, как электроэнергетика и финансы, высокоточные и высокостабильные характеристики новых атомных часов на основе рубидия также будут играть важную роль. Например, в энергосистеме атомные часы могут обеспечить синхронную работу и точное измерение энергосистемы; в финансовой сфере высокоточная функция хронометража атомных часов может обеспечить надежные услуги временных меток для финансовых транзакций.

В заключение, успешная разработка и применение новых атомных часов на основе рубидия возглавит тенденцию науки и техники и подстегнет национальное развитие. Мы с нетерпением ждем, что это достижение принесет революционные изменения и прогресс в большем количестве областей в будущем.