国家计量基准——秒长基准装置发展史

自1965年起，中国计量科学研究院（简称“中国计量院”）的时间频率实验室踏上了研制铯原子频率标准的征途，初始之作便是一台采用3米长铯束管与磁选态技术的铯原子钟。这一时期不仅是技术探索的起点，也是人才培育的摇篮。直至1977年，NIM1铯原子钟的研制成功，其准确度达到1×10-11，与当时美国的同类铯钟相媲美。次年，NIM1在国家科技成果展览中大放异彩，随后被安置于上海天文台，肩负起为国家发播标准时间参考源的重任。

随后，实验室转向了更长束管（5米）的铯原子时频基准器的研制，并于1980年成功问世，其准确度达到8×10-13，标志着中国在这一领域步入了世界先进行列。1981年，该成果连同中国计量院的原子时标，共同接受了国家科委组织的科研成果鉴定，获得了高度认可。1983年，原国家计量局正式批准授权该设备作为国家时间频率基准，标志着中国拥有了独立自主的时频基准，成为当时全球第四个拥有此类高精度基准的国家，与美国、德国、加拿大及日本并肩。经过不懈的努力与持续优化，至1986年，该基准的准确度进一步提升至3×10-13，彰显了中国在时间频率计量领域的持续进步与卓越成就。

1997年起，随着激光制冷原子技术的问世与发展，时频团队也开始了全新技术的时间频率基准钟—激光冷却铯原子喷泉钟的研制。历经数年努力，至2002年6月，团队成功实现了移动光学粘团，完成了原子的垂直抛射，高度突破至76厘米，并于同年年末完成了微波激励信号与原子相互作用的Ramsey跃迁实验。次年1月，整套系统实现闭环锁定，其秒定义复现的不确定度度达到了8.5×10-15水平。2003年末，在国家质量监督检验检疫总局（国家市场监督管理总局的前身）的统筹下，一支由5位中国科学院院士领衔的11人专家鉴定团对该科研项目进行了全面评估，并给予了极高的赞誉。部分鉴定意见如下：“课题组借鉴了国外铯原子喷泉装置经验，根据我国工艺条件，采取了单光纤传输等技术手段，创造性解决了激光频率稳定、光束质量、由磁场引起的Majorana跃迁频移的修正等一系列问题，使装置能较长时间连续、稳定、可靠地工作，具有我国自己的创新和特色。”

激光冷却铯原子喷泉钟的研制，汇聚了原子物理、波谱学、激光光学、高真空技术、电子工程、计算机科学及计量科学等多个领域的尖端成就与精湛工艺，树立了当时时间频率计量领域的标杆。冷原子喷泉钟的里程碑式成功，不仅让该研究荣获国家科技进步一等奖，更标志着中国在时间频率基准研究领域的飞跃，跻身全球领先行列，成为少数掌握此核心技术的国家之一。随后，在计量院昌平院区这一宁静的研究环境中，科研团队持续深耕，对激光冷却铯原子喷泉钟进行了全面而深入的探索。2014年，NIM5激光冷却铯原子喷泉钟成功研制，频率不确定度优于1.5×10-15，获批“秒长国家计量基准”装置，并通过国际计量局（BIPM）的严格评审，成为全球驾驭国际原子时TAI的核心频标之一，其装置成为中国北斗导航系统重要的地面时间频率基准。2016年，“新一代国家时间频率基准的关键技术与应用”项目再次荣获国家科学技术进步一等奖，体现了计量院在时间频率领域的持续创新与领先实力。

2019年，NIM6激光冷却铯原子喷泉钟成功研制，更是将频率不确定度提升至5.8×10-16，意味着其稳定性达到了惊人的5400万年不差1秒。到了2023年，经过系统的全面升级与多参数优化，NIM6的性能再攀高峰，频率不确定度进一步提升至2.3×10-16。（作者：中国计量科学研究院 张越）

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