北京市一支年轻的科研团队，在实验室内成功发出波长仅148纳米的连续激光，攻克了核光钟研制的最后一个核心瓶颈，并首次将超稳激光技术拓展至真空紫外波段。依托这项技术，未来，人类对时间的精密计量能力将有望再上台阶。2月12日，这项成果登上《自然》杂志。

时间计量离不开高精度“振荡器”。全国通用的“北京时间”，是依靠高性能原子钟组通过精密比对和校准实现的。原子钟的原理基于原子外层电子跃迁，但外层电子对电磁场环境比较敏感，一旦受到外界影响，频率就会发生改变，影响计时精度。最高精度的原子光钟通常只能在实验室环境内运行。

科学界提出了一条更具潜力的路径——核光钟。钍-229原子核激发态能量最低，最容易被激光激活，它的原子核内部跃迁可以成为计时的参考。原子核跃迁对外部环境的敏感性更低，这让核光钟的工作环境限制更小，更加简易、便携，且测量精度有望进一步提升。“不过，这些只是学术界的展望，因为核光钟的研制面临一个核心瓶颈，那就是产出能操控钍-229原子核的148纳米连续激光。”清华大学副教授、北京量子信息科学研究院兼聘研究员丁世谦带领团队，向这一难题发起挑战。

实验室里，一个意想不到的现象出现。“蒸气内的原子密度大、速度快且持续剧烈碰撞，学界通常认为这可能会导致激光频率转化过程中噪声增加。但实验结果清晰表明，借助四波混频技术，在约600摄氏度的镉蒸气中产生的148纳米激光，波动竟然丝毫未受影响。”丁世谦说，这项持续了3年多的研究，在国际上首次实现148纳米连续波激光输出，并将超稳激光技术推进至真空紫外波段，有能力完成对钍-229核光钟的操控。

“我们完成这项成果时，肖琦还是清华大学的一名本科生，他和一位白俄罗斯籍留学生合作，两人同为这篇论文的第一作者。本科期间就能做出登上世界顶级期刊的科研成果，这在全球范围内都比较罕见。”丁世谦说，这是他带领的实验室成立4年来，取得的首项实验成果。就是这个平均年龄还不到30岁的科研团队，补齐了核光钟研制的最后一块拼图。“这几位学生都有着非常扎实的理论基础，独立工作能力也很强，只要选定有前景的领域，尽心引导，他们就能发挥出惊人的能量。”

这项重大突破，还离不开北京的科创沃土。“作为新型研发机构，北京量子院创新体制机制，为我们青年科技工作者提供了跨学科合作的新平台。”丁世谦表示，在北京量子院“兼职”，让他有机会与物理、光学、电子工程等多领域专家紧密协作，推动科学理论快速向实验转化。

接下来，丁世谦将立足现有成果继续探索，进一步缩小激光器的体积、优化激光输出质量，并尝试研制核光钟。“目前，激光器需要占据一整个光学平台的面积，大约几平方米。随着我们对各个环节的优化，未来，它有望缩小至一个电脑机箱的大小，更加便于搬运和使用。”他表示，这个光源平台除了服务于新型导航系统，还能支撑量子精密测量研究、量子信息相关实验、芯片半导体检测等需求。

来源：北京日报客户端