北京市一支年輕的科研團(tuán)隊(duì)，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)成功發(fā)出波長僅148納米的連續(xù)激光，攻克了核光鐘研制的最后一個(gè)核心瓶頸，并首次將超穩(wěn)激光技術(shù)拓展至真空紫外波段。依托這項(xiàng)技術(shù)，未來，人類對(duì)時(shí)間的精密計(jì)量能力將有望再上臺(tái)階。2月12日，這項(xiàng)成果登上《自然》雜志。

時(shí)間計(jì)量離不開高精度“振蕩器”。全國通用的“北京時(shí)間”，是依靠高性能原子鐘組通過精密比對(duì)和校準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的。原子鐘的原理基于原子外層電子躍遷，但外層電子對(duì)電磁場(chǎng)環(huán)境比較敏感，一旦受到外界影響，頻率就會(huì)發(fā)生改變，影響計(jì)時(shí)精度。最高精度的原子光鐘通常只能在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境內(nèi)運(yùn)行。

科學(xué)界提出了一條更具潛力的路徑——核光鐘。釷-229原子核激發(fā)態(tài)能量最低，最容易被激光激活，它的原子核內(nèi)部躍遷可以成為計(jì)時(shí)的參考。原子核躍遷對(duì)外部環(huán)境的敏感性更低，這讓核光鐘的工作環(huán)境限制更小，更加簡(jiǎn)易、便攜，且測(cè)量精度有望進(jìn)一步提升?！安贿^，這些只是學(xué)術(shù)界的展望，因?yàn)楹斯忡姷难兄泼媾R一個(gè)核心瓶頸，那就是產(chǎn)出能操控釷-229原子核的148納米連續(xù)激光?！鼻迦A大學(xué)副教授、北京量子信息科學(xué)研究院兼聘研究員丁世謙帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，向這一難題發(fā)起挑戰(zhàn)。

實(shí)驗(yàn)室里，一個(gè)意想不到的現(xiàn)象出現(xiàn)?！罢魵鈨?nèi)的原子密度大、速度快且持續(xù)劇烈碰撞，學(xué)界通常認(rèn)為這可能會(huì)導(dǎo)致激光頻率轉(zhuǎn)化過程中噪聲增加。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果清晰表明，借助四波混頻技術(shù)，在約600攝氏度的鎘蒸氣中產(chǎn)生的148納米激光，波動(dòng)竟然絲毫未受影響。”丁世謙說，這項(xiàng)持續(xù)了3年多的研究，在國際上首次實(shí)現(xiàn)148納米連續(xù)波激光輸出，并將超穩(wěn)激光技術(shù)推進(jìn)至真空紫外波段，有能力完成對(duì)釷-229核光鐘的操控。

“我們完成這項(xiàng)成果時(shí)，肖琦還是清華大學(xué)的一名本科生，他和一位白俄羅斯籍留學(xué)生合作，兩人同為這篇論文的第一作者。本科期間就能做出登上世界頂級(jí)期刊的科研成果，這在全球范圍內(nèi)都比較罕見?！倍∈乐t說，這是他帶領(lǐng)的實(shí)驗(yàn)室成立4年來，取得的首項(xiàng)實(shí)驗(yàn)成果。就是這個(gè)平均年齡還不到30歲的科研團(tuán)隊(duì)，補(bǔ)齊了核光鐘研制的最后一塊拼圖。“這幾位學(xué)生都有著非常扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，獨(dú)立工作能力也很強(qiáng)，只要選定有前景的領(lǐng)域，盡心引導(dǎo)，他們就能發(fā)揮出驚人的能量?！?/p>

這項(xiàng)重大突破，還離不開北京的科創(chuàng)沃土。“作為新型研發(fā)機(jī)構(gòu)，北京量子院創(chuàng)新體制機(jī)制，為我們青年科技工作者提供了跨學(xué)科合作的新平臺(tái)?！倍∈乐t表示，在北京量子院“兼職”，讓他有機(jī)會(huì)與物理、光學(xué)、電子工程等多領(lǐng)域?qū)＜揖o密協(xié)作，推動(dòng)科學(xué)理論快速向?qū)嶒?yàn)轉(zhuǎn)化。

接下來，丁世謙將立足現(xiàn)有成果繼續(xù)探索，進(jìn)一步縮小激光器的體積、優(yōu)化激光輸出質(zhì)量，并嘗試研制核光鐘?！澳壳?，激光器需要占據(jù)一整個(gè)光學(xué)平臺(tái)的面積，大約幾平方米。隨著我們對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的優(yōu)化，未來，它有望縮小至一個(gè)電腦機(jī)箱的大小，更加便于搬運(yùn)和使用?！彼硎?，這個(gè)光源平臺(tái)除了服務(wù)于新型導(dǎo)航系統(tǒng)，還能支撐量子精密測(cè)量研究、量子信息相關(guān)實(shí)驗(yàn)、芯片半導(dǎo)體檢測(cè)等需求。