时间频率研究的发展方向

　 现在，国际上使用最多的原子钟的震荡频率通常是数纳秒（一纳秒＝１０亿分之一秒），它是通过调整超高频激光，使之和铯原子钟发射的光波频率相匹配而实现的。一般说全球卫星定位系统携带原子钟（铷钟、铯钟和氢钟），因其结构紧凑，可靠性高，寿命长，所以满足了需要。
   但是，计量科学家们仍然希望能有振荡频率更快的时钟，用于科学前沿问题的研究，例如弄清决定电磁互作用强度的所谓精细结构是否真的稳定等问题。科学家们认为，这种新型时钟应当易于制造，且振荡频率应比相对较低的微波频率快１０００倍。问题是，目前没有一种装置能够如此快的计数。最近，美国科学家已经研制出了“光学传动装置”，这种装置可将激光光波的高速振动转化成振荡系数正好慢１００万倍的激光强度波动，并利用标准检波器显示激光强度在１秒内所振荡的次数，然后将得到的数值乘上１００万。据科学家研究小组说，这种新型“光钟”的精度至少是最好的铯原子钟的１０００倍。但是，不同光波之间和某一光波与铯微波频标之间的频差测量都是**庞大复杂，价格昂贵的工程。１９９９年，德国首次报道了“飞秒激光光学频率梳”，飞秒光梳的出现提供了一个准确实用的“光学频率综合器”，一举将微波频率基准与光学频率／波长联系起来。由于飞秒光梳的研究成功和迅速推广应用，使冷原子／离子存储稳频的光频标与飞秒光梳结合成“光钟”，使光学频率标准的实际应用变为现实。光钟的研制将成为国际计量发展的一个新热点。
   目前，科学家们正在把其他量转换成时频量进行测量。第一个完成这种转换的是长度。目前利用飞秒（１０－１６秒）激光脉冲所产生的梳状频谱与微波频率联系起来，这样就可以实现长度和时间基准的比对。
   再就是电学量。当两块低温（液氮）超导金属充分接近，其间相隔仅为约１纳米的绝缘层时便形成超导结，若在结的两端施加直流电压，结上即会产生高频超导电流。这时约瑟夫森效应的宏观现象，是一种量子力学隧道穿透效应，其频率即可与电压挂钩，单个结显示为若干毫伏，上千个结叠加起来可获得１伏或１０伏的电压。另一方面，量子化霍尔效应产生了量子化电阻，使电阻取决于基本物理常数和一个整数值。
利用物理关系把温度转换为频率的研究正在进行之中，比如某些材料和四极矩的共振频率随温度而变化。质量和物质的量与频率的关系，也正在探索之中，比如利用电功率与机械的等价性，先确定力再定义质量单位；或者通过一定数量的基本粒子和阿伏加德罗常数的精确测量来实现质量和物质的量。事实上，计量单位的基础已由或正在由宏观实物体系过渡到微观量子体系，从而大大提高了单位实现的准确性、稳定性、可靠性和普通适用性。
   时间频率的研究和发展应有超前性，一个研讨中继续提高复现准确度的可能方案是提高自身频率，即从微波段过渡到光频段，而当未来用光频标取代目前实用的铯原子微波频率基准时，对秒的定义就会再次发生改变。
   计量科学的研究与发展需要利用当代最新的科技成果，包括新理论、新原理、新方法来精确定义和实现计量单位，反过来又为新的科技发展提供可靠的测量基础；而其本身就是科学的前沿研究，具有基础性、探索性、先行性的特点。计量学是以物理量为基础，进行精确研究的前沿科学，是国民经济、社会发展的技术基础。