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真空紫外光源突破：核光鐘研制的關(guān)鍵一躍?
技術(shù)價值：重新定義時間計量精度
時間計量的精度演進始終依賴光源技術(shù)的突破性進展。2026 年 2 月，清華大學(xué)丁世謙團隊在《自然》發(fā)表的重大成果，標志著我國在真空紫外光源領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，為核光鐘研制掃清了最后障礙。當(dāng)前主流原子光鐘基于原子外層電子躍遷，雖已達到高精度，但易受電磁干擾、溫度波動等環(huán)境因素影響，僅能在嚴苛的實驗室條件下運行。而核光鐘依托原子核躍遷特性，不僅精度有望較原子光鐘提升 1-2 個數(shù)量級，更具備高的抗干擾能力，可實現(xiàn)便攜化部署，在自主導(dǎo)航、深空探測、高精度地質(zhì)勘探與引力物理研究等前沿領(lǐng)域具有不可替代的戰(zhàn)略價值。
核心突破：真空紫外波段的技術(shù)跨越
核光鐘的研制長期受限于關(guān)鍵光源 —— 真空紫外波段激光的獲取難題。原子核躍遷對應(yīng)的光譜多集中在 100-200nm 的真空紫外區(qū)域，該波段光子能量高、空氣吸收強，傳統(tǒng)激光技術(shù)難以實現(xiàn)連續(xù)波、超窄線寬的穩(wěn)定輸出。丁世謙團隊通過創(chuàng)新技術(shù)路徑，成功研制出 148nm 連續(xù)波超窄線寬激光光源，將超穩(wěn)激光技術(shù)從可見光、近紅外波段拓展至真空紫外區(qū)域，攻克了核光鐘研制的 “核心瓶頸”。這一突破不僅填上了國際相關(guān)技術(shù)空白，更使我國在核光鐘領(lǐng)域躋身世界前列，為精密測量科學(xué)開辟了全新研究方向。
關(guān)鍵技術(shù)：多維度創(chuàng)新的協(xié)同攻關(guān)
該真空紫外光源的成功研制，源于多技術(shù)領(lǐng)域的協(xié)同創(chuàng)新與精準突破。在激光產(chǎn)生路徑上，團隊采用 “紅外超穩(wěn)激光 + 非線性光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換” 的復(fù)合方案：以自主研發(fā)的 1550nm 超穩(wěn)紅外激光為基礎(chǔ)，通過多級非線性光學(xué)晶體的精準匹配與調(diào)控，實現(xiàn)光子能量的高效提升，最終在 148nm 波段獲得穩(wěn)定輸出。為解決真空紫外光在傳輸過程中的強吸收問題，系統(tǒng)全程采用高真空環(huán)境設(shè)計，搭配特制的氟化鎂窗口與反射鏡，將光損耗控制在 15% 以內(nèi)。
在線寬壓縮與穩(wěn)定性控制方面，團隊創(chuàng)新采用 “主動穩(wěn)頻 + 被動隔離” 雙重技術(shù)：通過高精細度光學(xué)諧振腔對激光頻率進行鎖定，使線寬壓縮至 Hz 量級，滿足核光鐘對光源相干性的嚴苛要求；同時設(shè)計了多級減振、恒溫控制系統(tǒng)，將環(huán)境振動對光源的影響抑制在納米級，溫度波動控制在 ±0.01℃以內(nèi)，保障了光源的長期穩(wěn)定運行。此外，團隊還突破了高功率真空紫外激光的散熱技術(shù)，通過微通道冷卻結(jié)構(gòu)與主動熱管理系統(tǒng)，有效解決了非線性晶體在高頻轉(zhuǎn)換過程中的發(fā)熱問題，確保光源連續(xù)工作時長超 1000 小時無衰減。
應(yīng)用前景：從基礎(chǔ)科研到產(chǎn)業(yè)賦能
這一真空紫外光源技術(shù)的突破，不僅為核光鐘的實用化奠定了核心基礎(chǔ)，更將推動多個領(lǐng)域的技術(shù)革新。在基礎(chǔ)科研領(lǐng)域，核光鐘的成功研制將為檢驗廣義相對論、探測引力波、研究宇宙膨脹等重大科學(xué)問題提供高精度測量工具；在航空航天領(lǐng)域，便攜化核光鐘可作為自主導(dǎo)航系統(tǒng)的核心部件，大幅提升航天器在深空探測中的定位精度，降低對地面測控的依賴；在資源勘探領(lǐng)域，基于核光鐘的高精度重力測量技術(shù)，可更精準地識別地下礦產(chǎn)資源、油氣儲層及地質(zhì)構(gòu)造，為能源開發(fā)提供科學(xué)支撐。
未來，隨著真空紫外光源技術(shù)的進一步優(yōu)化 —— 包括輸出功率提升、波段范圍拓展、系統(tǒng)體積小型化，其應(yīng)用場景將持續(xù)拓展。在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，可用于超精細光刻與材料表面改性；在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，可實現(xiàn)痕量氣體的高靈敏度檢測；在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，有望為病毒檢測、細胞成像提供新的技術(shù)手段。這一技術(shù)的持續(xù)演進，將推動精密測量、制造業(yè)、前沿科研等多領(lǐng)域的跨越式發(fā)展，彰顯我國在光源技術(shù)領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力。
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