北京市一支年輕的科研團隊，在實驗室內成功發(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核心瓶頸，并首次將超穩(wěn)激光技術拓展至真空紫外波段。依托這項技術，未來，人類對時間的精密計量能力將有望再上臺階。2月12日，這項成果登上《自然》雜志。

時間計量離不開高精度“振蕩器”。全國通用的“北京時間”，是依靠高性能原子鐘組通過精密比對和校準實現的。原子鐘的原理基于原子外層電子躍遷，但外層電子對電磁場環(huán)境比較敏感，一旦受到外界影響，頻率就會發(fā)生改變，影響計時精度。最高精度的原子光鐘通常只能在實驗室環(huán)境內運行。

科學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，它的原子核內部躍遷可以成為計時的參考。原子核躍遷對外部環(huán)境的敏感性更低，這讓核光鐘的工作環(huán)境限制更小，更加簡易、便攜，且測量精度有望進一步提升?！安贿^，這些只是學術界的展望，因為核光鐘的研制面臨一個核心瓶頸，那就是產出能操控釷-229原子核的148納米連續(xù)激光?！鼻迦A大學副教授、北京量子信息科學研究院兼聘研究員丁世謙帶領團隊，向這一難題發(fā)起挑戰(zhàn)。

實驗室里，一個意想不到的現象出現?！罢魵鈨鹊脑用芏却蟆⑺俣瓤烨页掷m(xù)劇烈碰撞，學界通常認為這可能會導致激光頻率轉化過程中噪聲增加。但實驗結果清晰表明，借助四波混頻技術，在約600攝氏度的鎘蒸氣中產生的148納米激光，波動竟然絲毫未受影響?！倍∈乐t說，這項持續(xù)了3年多的研究，在國際上首次實現148納米連續(xù)波激光輸出，并將超穩(wěn)激光技術推進至真空紫外波段，有能力完成對釷-229核光鐘的操控。

“我們完成這項成果時，肖琦還是清華大學的一名本科生，他和一位白俄羅斯籍留學生合作，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期刊的科研成果，這在全球范圍內都比較罕見?！倍∈乐t說，這是他帶領的實驗室成立4年來，取得的首項實驗成果。就是這個平均年齡還不到30歲的科研團隊，補齊了核光鐘研制的最后一塊拼圖?！斑@幾位學生都有著非常扎實的理論基礎，獨立工作能力也很強，只要選定有前景的領域，盡心引導，他們就能發(fā)揮出驚人的能量?！?/p>

這項重大突破，還離不開北京的科創(chuàng)沃土?！白鳛樾滦脱邪l(fā)機構，北京量子院創(chuàng)新體制機制，為我們青年科技工作者提供了跨學科合作的新平臺。”丁世謙表示，在北京量子院“兼職”，讓他有機會與物理、光學、電子工程等多領域專家緊密協作，推動科學理論快速向實驗轉化。

接下來，丁世謙將立足現有成果繼續(xù)探索，進一步縮小激光器的體積、優(yōu)化激光輸出質量，并嘗試研制核光鐘?！澳壳埃す馄餍枰紦徽麄€光學平臺的面積，大約幾平方米。隨著我們對各個環(huán)節(jié)的優(yōu)化，未來，它有望縮小至一個電腦機箱的大小，更加便于搬運和使用?！彼硎?，這個光源平臺除了服務于新型導航系統，還能支撐量子精密測量研究、量子信息相關實驗、芯片半導體檢測等需求。