1 广州市突发事件预警信息发布中心, 广东 广州 511430
2 广州市气象台, 广东 广州 511430
3 广州市黄埔区气象局, 广东 广州 510700
4 广州市气象局观测预报处, 广东 广州 511430
5 安徽蓝科信息科技有限公司, 安徽 合肥 230031
6 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
7 先进激光技术安徽省实验室, 安徽 合肥 230000
精确观测大气风场在气象、**、航空航天等领域具有十分重要的意义。相干测风激光雷达能够实时有效地进行大气矢量风场探测。为此研制出一款基于多普勒原理的相干测风激光雷达，并进行外场观测验证了其性能。该系统可探测垂直上空45～3000 m的水平风场以及垂直气流，最大可探测风速为60 m/s。分析比对了该雷达于2021年10月16日08：00―20日00：00在广州市黄埔区气象局观测的数据与同时段同地点微波风廓线雷达的观测数据，结果表明二者具有良好的一致性。重点分析了2021年10月18日10：00―20日00：00的典型观测数据，进一步验证了该相干测风激光雷达所测数据的准确性。该雷达在风场探测上的应用将为气象参数监测和预报精度的提高以及极端灾害性天气的预警提供实时数据支撑。
激光雷达 多普勒 相干测风 风场比对 lidar Doppler coherent wind measurement wind profile comparison
1 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院 湖北 武汉 430071
2 中国科学院原子频标重点实验室 湖北 武汉 430071
3 中国科学院大学 北京 100049
高性能的超稳腔是实现高稳定度光钟的关键。振动噪声和温度波动噪声是影响超稳腔稳定度的主要因素。本文利用Pound-Drever-Hall(PDH)技术实现了171Yb光钟钟激光与30cm可搬运超稳腔的锁定, 并对超稳腔的振动噪声、温度波动噪声以及超稳腔稳定度的评估进行了研究。通过对超稳腔施加主动振动激励的方式得到该腔在三个正交方向上的振动敏感度分别为5.6×10-10/g, 4.8×10-10/g, 1.5×10-10/g。通过测量腔谐振频率随腔体温度的变化, 拟合得到其零膨胀温度点为34.0(0.4)°C。最后通过与两套独立的30cm超稳腔的三角帽比对, 对该超腔的稳定度进行了评估, 采用去关联算法得到2s平均时间下的稳定度为4.1×10-16。噪声谱分析表明该稳定度主要受限于振动噪声。这些研究为我们进一步优化可搬运超稳钟激光的稳定度提供了方向。
可搬运超稳腔 振动敏感度 零膨胀温度点 三角帽比对 transportable ultra-stable cavity vibration sensitivity zero-crossing temperature three-corner-hat comparison 量子光学学报
2023, 29(4): 040202
1 武汉华中天纬测控有限公司, 湖北 武汉 430223
2 国家电网有限公司, 北京 100031
3 国网智能电网研究院有限公司, 北京 102209
全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)时间传递技术以其低成本、高精度、广覆盖范围等特点, 广泛应用到高精度时频领域。传统卫星共视技术利用全球卫星导航时间比对标准(Common GNSS Generic Time Transfer Standard, CGGTTS)共视文件实现事后高精度时间传递, 很难实现实时时间传递。为满足数字换流站、电力物联网、移动通信等对实时、高精度时间传递的需求, 研究了基于北斗三号全球卫星导航定位系统(BDS-3)伪距观测数据的实时卫星共视技术, 开展了短基线和西安-三亚长基线北斗实时卫星共视时间传递实验来评估实时共视时间传递性能。实验结果表明北斗实时卫星共视时间传递精度优于1 ns, 可为时频系统、数字换流站等应用领域提供纳秒级时间同步和纳秒级时间溯源服务。
全球导航卫星系统 实时卫星共视 全球卫星导航时间比对标准 时间传递 纳秒级 GNSS real-time satellite common-view CGGTTS time transfer nanosecond
1 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院, 中国科学院原子频标重点实验室, 湖北 武汉 430071
2 中国科学院大学, 北京 100049
从量子力学原理出发, 结合光钟的锁定算法, 分析了光钟输出频率噪声的产生机制; 并以钙离子光钟为例, 用蒙特卡洛方法在计算机上模拟了光钟运行, 获得光钟的稳定度, 且在同样参数下, 与实验测得的稳定度进行了比较, 结果表明两者具有较好的一致性。同时, 通过修改光钟运行中的参数, 研究了反馈周期内每个频率点探测离子次数N、增益系数g及激光的线性漂移对光钟稳定度的影响。结果表明光钟的秒稳对每个反馈周期内探测离子的次数N不敏感; 且在g> 0.45时, 稳定度开始变差; 此外, 相对于钟激光的线性漂移, 量子投影噪声对稳定度起主导作用。本研究提出的模拟光钟运行的方法能方便地应用到其他离子与原子光钟上, 可对不同实验参数下光钟的稳定度进行评估。
量子光学 稳定度 蒙特卡洛方法 光频比对 quantum optics stability Monte-Carlo method optical frequency comparison
1 上海大学 机电工程与自动化学院，上海 200444
2 中国科学院上海天文台，上海 200030
3 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室，江苏 南京 210008
4 中国科学院大学，北京 100049
5 上海大学 材料科学与工程学院，上海 200444
卫星激光测距（Satellite Laser Ranging, SLR）以脉冲激光为媒介获取卫星的精确距离，是空间大地测量技术中准确度最高的手段。在传统卫星激光测距系统中，通过测量已知距离的固定靶目标实现系统总时延的标定，对获取单向发射或接收时延的研究较少，这制约了卫星激光测距在激光时间比对、多台站协同测距及行星际激光测距等方面的应用。文中开展皮秒准确度时延标定方法的研究，首先，分析了卫星激光测距系统的时延组成及影响因素；其次，以中国科学院上海天文台卫星激光测距系统为平台，开展电学、光学和光电转换等时延的高精度测量，并将各部分时延组合完成收发时延的标定；最后，分析发射和接收时延标定的准确度，并将时延标定方法应用于地靶距离偏差的校验，验证时延标定方法的可行性。结果表明，发射和接收时延标定的准确度分别优于11 ps和13 ps，地靶距离偏差与国际激光测距组织（ILRS）反馈值相差仅11 ps。
卫星激光测距 时延标定 单向时延 激光时间比对 距离偏差 satellite laser ranging time delay calibration one-way delay laser time transfer distance bias 红外与激光工程
2023, 52(10): 20230070
辐射研究与辐射工艺学报
2023, 41(4): 040701
1 中国科学院空间应用工程与技术中心，北京 100094
2 北京跟踪与通信技术研究所，北京 100094
3 国家航天局探月与航天工程中心，北京 100190
为解决中国科学院计划于2023年发射的绕月飞行器激光测距时差载荷星地时间比对问题，本文提出并建立了地月空间激光时间比对高精度测量模型。为达到ns级地月空间激光时间比对精度，采用准确度为0.1 ns量级的数值地球时间星历模型，建立了ns量级的时间尺度转换模型，推导了精度为10 ps量级的激光脉冲单程和往返飞行时间模型，建立了精度优于10 ps的Shapiro时延模型，建立了质心修正模型、几何位置修正模型以及系统时延模型等。使用基于飞行器可观测性、回波率设置等工程实际得到的仿真数据对时间比对模型精度进行验证，时间比对标准差为ns级，表明仿真模型精度可达ns级。星载时钟的频率准确度估算结果和正确值误差约为15%。所建模型可用于后续地月空间高精度激光时间比对任务。
测量 地月空间激光时间比对 地球时间星历 相对论效应 钟误差模型 光行时 中国激光
2023, 50(14): 1404001
1 中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室，陕西 西安 710600
2 中国科学院大学天文与空间科学学院，北京 100049
在87Sr空间光晶格钟原理样机上实验观测了原子碰撞对谱线激发率抑制以及对谱线的展宽，并观测到由非弹性碰撞导致的原子损耗。通过简单地将原子数从6000减小至2000，实现了线宽为1.9 Hz的钟跃迁谱线，并将空间光晶格钟原理样机的稳定度提升至1×10-15（τ/s）-0.5。相关实验结果对研究光晶格的多体相互作用对钟跃迁谱线的影响具有重要意义。
原子与分子物理学 空间光晶格钟 钟跃迁谱线 相互作用 自比对稳定度
1 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院, 湖北 武汉 430071
2 中国科学院原子频标重点实验室, 湖北 武汉 430071
3 中国科学院大学, 北京 100049
背景磁场的精确标定对于原子钟的闭环运转以及不确定度评估有着重要的影响。在中性原子光晶格钟的不确定度的评估中, 背景磁场引入的二阶Zeeman频移是重要的贡献项之一。本文提出利用自比对的方法, 测量不同背景磁场条件下镱原子钟跃迁1S0→3P0两个 跃迁谱线对应的Zeeman分裂频率间距差值, 得到Zeeman分裂频率间距差与相应背景磁场线圈电流的对应关系, 最终标定出最小Zeeman分裂间距差在三个维度上对应的补偿磁场线圈驱动电流值。在此基础上, 分别调节偏置磁场处于高低磁场强度条件下, 测量了剩余背景磁场对钟跃迁频率产生的二阶Zeeman频移。结果显示二阶塞曼频移系数－0.0655(3)?Hz/G2, 对应的二阶Zeeman频移不确定度5.7×10－17。这项工作的开展为镱原子光晶格钟不确定度总体评估奠定了基础。
镱原子光钟 背景磁场屏蔽 自比对方法 二阶Zeeman频移 ytterbium lattice clock background magnetic field shielding self-comparison method second order Zeeman shift
1 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院波谱与原子分子物理国家重点实验室，湖北 武汉 430071
2 中国科学院大学物理科学学院，北京 100049
报道了在中国科学院精密测量科学与技术创新研究院与华中科技大学之间往返60 km的光纤链路上进行相干光学频率传输的工作。以波长为1560 nm的超稳定激光作为传输光，通过使用声光调制器主动补偿由光纤引入的相位噪声，在1 Hz傅里叶频率实现了67 dB的噪声抑制。系统采用全光纤结构的端到端传递，并利用追踪振荡器抑制由光纤偏振变化引起的信号幅度起伏，实现了全天不间断的连续运行。经过4 d的数据积累，测得光纤链路引入的相对频率偏差为量级，1 s频率稳定度为，1000 s稳定度为，65000 s稳定度为。该传输稳定度满足60 km的光钟远程比对需求。
光纤光学 光纤链路 光学频率传输 光钟比对 光纤噪声 计量学 光学学报
2022, 42(23): 2306006
