Национальное стандартное время поддерживается для синхронизации с UTC. Поскольку сверхтонкий переход цезия определяет длину «одной секунды», поддерживать точные часы Cs несложно для сохранения времени. С другой стороны, оптические часы в последнее время добились быстрого прогресса и достигли гораздо меньшей систематической неопределенности, чем микроволновые эталоны. Тем не менее, до сих пор никто не генерировал сигнал в реальном времени с временной шкалой с использованием оптических часов, потому что по-прежнему трудно работать с оптическими часами непрерывно в течение одного месяца или дольше.
Исследователи из лаборатории пространственно-временных стандартов NICT, включая физиков-атомщиков и экспертов по составлению времени, продемонстрировали новую генерацию шкалы времени, «оптическую и микроволновую гибридную шкалу времени», которая сочетает в себе часы на оптической решетке с водородным мазером (HM). Решетчатые часы на основе стронция-87 редко работают по три часа один раз в неделю. Эта операция калибрует частоту HM, и, кроме того, измерения за последние 25 дней позволяют им предсказать, как изменится частота тикания HM. Затем они могут заранее установить настройку частоты HM на следующей неделе, чтобы компенсировать прогнозируемый дрейф частоты.
Полученная шкала времени сравнивалась с двумя так называемыми «бумажными часами», UTC и TT (BIPM). UTC часто контролируется современными стандартами частоты фонтана Cs, которые эксплуатируются национальными метрологическими институтами, и результаты мониторинга сообщаются в BIPM. Раз в год в январе BIPM учитывает результат этих калибровок и вносит поправки в прошлое UTC. Это TT (BIPM) и это самые точные «бумажные часы».
Как показано на рис. 2, разница во времени оптической шкалы времени относительно UTC увеличилась до 8 нс за пять месяцев, но разница во времени с TT (BIPM) осталась менее 1 нс.
Эти результаты показывают, что оптическая шкала времени более точна, чем UTC, и, по крайней мере, сопоставима с TT (BIPM) с точки зрения точности и стабильности. UTC и TT (BIPM) — это числовые продукты, рассчитываемые в отсроченном времени благодаря сотрудничеству более 400 атомных часов и современных фонтанов Cs по всему миру. С другой стороны, сигнал, генерируемый NICT, является реальным сигналом, который действительно тикает каждую секунду в течение шести месяцев.«Мы служим обществу, предоставляя время бесконечно и без перерывов.
Оптико-микроволновый гибридный метод, продемонстрированный здесь, позволяет использовать преимущества оптических стандартов частоты для измерения времени». Сказал Тэцуя Идо, директор лаборатории космических стандартов NICT.
Еще одна вещь, на которую следует обратить внимание, — это влияние на будущее переопределение секунды СИ, обсуждение которого недавно началось в сообществе метрологов времени и частоты. Гибридный метод позволил оценить среднюю периодичность всемирного координированного времени за один месяц за все шесть месяцев, и результаты согласуются с другими оценками, полученными с использованием современных фонтанов Cs. Возможность калибровки UTC на основе оптических часов является одной из предпосылок для будущего переопределения.
[Будущие перспективы]NICT генерирует стандартное японское время (JST). NICT стремится поэтапно применить этот гибридный метод к системе генерации JST. Следующим шагом будет создание резервирования опорных оптических частот.
Подойдут другие часы на оптической решетке или часы с одним ионом. Они могут использовать их в других лабораториях, подключившись к ним с помощью оптоволоконной сети или спутниковой передачи частот.
Тецуя говорит: «Ожидается, что высокоточные оптические часы станут геодезическими датчиками для обнаружения изменений гравитационной среды. Такие приложения требуют неизменной привязки. Эту роль может играть высокоточная и стабильная национальная шкала времени, которая доступна в формате 24 часа / 7 дней. инфраструктура ".