1. 项目名称：高性能冷原子微波频标关键技术及应用
2. 候选单位（含排序）：中国计量科学研究院、中国科学院上海光学精密机械研究所、成都同相科技有限公司、华中科技大学
3. 候选人（含排序）：房芳、刘昆、陈伟亮、吕德胜、郑发松、高超、任伟、戴少阳、曹士英、彭家晖
4. 项目简介：
时间频率体系是保障国家安全、支撑国家科技自立自强的战略基石，冷原子喷泉频标作为复现秒定义的核心基准装置，是国家时间频率量值的核心源头。项目团队聚焦冷原子喷泉频标关键技术攻关，持续拓展其在时频计量、标准时间生成、导航定位等领域的应用，助力我国时频基准技术稳居国际第一梯队。
在国家重大科学仪器设备开发专项、国家自然科学基金等项目支持下，项目组突破多项核心关键技术，成功研制1台铯原子喷泉频率基准钟、2台工程化铷喷泉频率标准钟，配套研发低相噪微波源与国产相位噪声测试仪。整套设备体系覆盖秒定义复现、守时工程应用、光频-微波溯源测量等核心场景，搭建起集基准、标准、测试设备、测量方法于一体的完整技术体系，实现微波频率至光学频移的跨量程精准溯源，全方位支撑基础科研与高端制造产业发展。
项目核心设备性能达到国际顶尖水平。其中NIM6铯原子喷泉频率基准B类不确定度达2.0×10-16，A类不确定度达1.7×10-16，在全球参与国际原子时驾驭的喷泉频标中，不确定度国内排名第一、国际第三，2025年运行率位居全球首位。工程化铷喷泉频率标准天频率稳定度优于4.6×10-16，达到国际领先水准。自主研发的相位噪声测试仪，核心指标优于美国同类主流产品，成功实现高端时频测试仪器国产替代。
本项目攻克多项行业技术瓶颈，形成四大原创性创新成果。一是针对冷原子制备效率与原子云密度均匀性难以兼顾、制约钟体稳定度与准确度的难题，国际首次提出磁光阱装载移动光学黏胶的冷原子制备新方法，实现短钟周期下高原子数、高密度均匀可调的制备效果，大幅提升喷泉钟综合性能。二是针对设备对环境温度波动敏感、工作温区狭窄的问题，创新提出微波腔温度免疫技术，将腔谐振频率温度系数降低两个数量级，有效提升设备环境适应性与长期运行稳定性。三是突破传统原子冷却光路体积大、抗干扰能力弱的瓶颈，首创立式AOM紧凑型猫眼共轭光学系统设计，使光学系统体积缩减60%，强化激光系统稳定性，为喷泉钟工程化落地和成果转化提供核心支撑。四是针对高精度低相噪微波信号测量难题及高端测试设备进口依赖问题，构建全数字测量架构，实现多ADC矢量合成与时域、频域双互相关技术，研制出高精度宽频相位噪声测量仪，彻底打破国外技术垄断。
项目已构建完整自主知识产权体系，累计授权国家发明专利15项、软件著作权1项，发表学术论文37篇，牵头制定1项冷原子微波频标国家标准（已报批），近三年成果转化新增销售额约1.6亿元。
该成果标志着我国时间频率基准技术跻身国际第一梯队，大幅提升我国在国际原子时合作领域的话语权，项目负责人成功当选国际基准钟工作组组长。在国内，成果筑牢我国标准时间独立自主的技术根基，精准匹配国家重大战略需求，为航天二院、中科院空间应用中心等科研单位提供核心技术支撑，对秒定义变革研究具有重要推动作用。同时，可为清华大学、成都天奥电子等多家单位的高端原子钟、高性能激光器研发测试提供保障，助推我国高端仪器仪表技术迭代升级，赋能量子科技产业高质量发展。
5. 相关证明材料： （推荐书附件目录中内容）
序号 |
名称 （ 51页） |
1、验收或鉴定证书、成果登记证书 （ 6页） |
1-1 |
《高性能冷原子微波频标关键技术及应用》科学技术成果评价证书 6 |
2、应用证明 （ 8页） |
2-1 |
北京无线电计量测试研究所 |
2-2 |
中国科学院精密测量科学与技术创新研究院 |
2-3 |
成都天奥电子股份有限公司 |
2-4 |
克洛量子科技（浙江）有限公司 |
2-5 |
清华大学 |
2-6 |
北京大学 |
2-7 |
中国科学院空间应用工程和技术中心 |
2-8 |
电子科技大学 |
3、专利证明 （ 10页） |
3-1 |
减小喷泉钟频率偏移不确定度的调节装置 |
3-2 |
用于冷原子喷泉钟的温度免疫微波谐振器 |
3-3 |
用于冷原子喷泉钟的微波谐振器 |
3-4 |
应用于冷原子喷泉钟的小型化主激光光路装置及调整方法 |
3-5 |
自动光纤耦合装置 |
3-6 |
一种时间脉冲信号无缝切换装置及切换方法 |
3-7 |
一种时钟信号提纯优化装置 |
3-8 |
一种实现高隔离及无驻波变化的射频开关装置 |
3-9 |
一种半导体激光器泵浦的克尔透镜锁模钛宝石激光器 |
3-10 |
一种高能量超短脉冲激光器 |
4、其他知识产权证明 （ 1页） |
4-1 |
软件著作权-冷原子喷泉钟控制软件系统V1.0 |
5、曾获科技奖励证明 （ 2页） |
5-1 |
2026年度中国计量科学研究院科学技术奖基础研究特等奖 |
6、第三方评价证明 （ 8页） |
6-1 |
项目测试意见1 |
6-2 |
科技查新结论7 |
7、代表性论文专著证明 （ 10页） |
7-1 |
Uncertainty evaluation of the caesium fountain primary frequency standard NIM6 |
7-2 |
Bimetal temperature-compensated Ramsey cavity for atomic fountain frequency standards |
7-3 |
Development of Rb fountain clock for time keeping |
7-4 |
Improvement of the short-term stability of atomic fountain clock with state preparation by two-laser optical pumping |
7-5 |
Optical state selection process with optical pumping in a cesium atomic fountain clock |
7-6 |
长期稳定度2.6×10-16的工程化高可靠铷原子喷泉钟 |
7-7 |
Design of the new NIM6 fountain with collecting atoms from a 3D MOT loading optical molasses |
7-8 |
Microwave-vacuum integrated cavity with a low temperature sensitivity for Cs fountain clocks |
7-9 |
Design and operation of a transportable 87Rb atomic fountain clock |
7-10 |
field-resolved hybrid coherent anti-stokes Raman scattering for background-free retrival of instrinsic Raman features and ultrafast molecular dynamic |
8、直接经济和社会效益证明 （ 2页） |
8-1 |
近三年直接经济效益证明 |
9、其他证明（ 5页） |
9-1 |
国家标准《冷原子微波钟性能表征及测量方法》（报批）2 |
9-2 |
国内外技术指标对比汇总（NIM6不确定度与年运行率、铷喷泉钟天稳定度、相位噪声测量本底）2 |
9-3 |
央视新闻-NIM6铯原子喷泉钟参与驾驭国际原子时 2 |
