光学时钟德国Menlo系统公司下一代光学时钟成功飞天，核心元器件经受住太空环境的严苛测试

光学时钟德国Menlo系统公司下一代光学时钟成功飞天，核心元器件经受住太空环境的严苛测试
目前世界上最准的时钟当属光学时钟。

5月，德国Menlo系统公司将下一代光学时钟发射到太空。

该有效载荷由两个独立单元组成，一个是全自动双频梳系统（FOKUS II），另一个是碘稳频激光器（JOKARUS），两个单元共同组成一个光学时钟。

基于碘的光学时钟可以比先前使用铷气体时钟实现更高的精确度，铷钟用于GPS和GALILEO等全球导航卫星系统（GNSS）系统。

图为FOKUS II双频梳系统
运行参数
在由探空火箭携带的10分钟的飞行中，科学有效载荷达到了238公里的高度，并经历了6分钟的微重力环境。

带频梳的有效载荷持续振动的加速度总均方根值高达9g rms，冲击加速度高达21g，恒定加速度高达12g。

在这些条件下，全自动频梳系统成功地完成了任务，并将碘光学时钟与标准射频原子钟进行了比较。

该系统在整个飞行过程中保持运行。

下一代光学时钟优势
本次飞行是由Menlo系统公司研发的光学时钟第三次“飞天”，此前两次分别是在2015年4月和2016年1月。

与之前的两次任务相比，本次“飞天”的系统重新设计，大幅减小了体积，降低了功耗。

尽管体积上更为紧凑，但该系统目前仍由两个独立的频梳单元组成，为实验提供灵活性和冗余性。

本次实验是首次进行了双光梳测量和对两个根本不同的基于分子的碘光学时钟与基于原子的标准射频原子钟在空间和微重力环境下进行了比较。

关键元器件的研发
激光光学元件是从零开始重新设计的，并使用低释气材料制造。

此外，该系统还能在真空下运行。

尽管其体积小，功耗低，频梳的性能却可与Menlo系统公司最新的商用系统相媲美。

半导体激光器频率基准套件JOKARUS是作为一个单独的模块开发，由德国费尔南德-布朗研究所、柏林洪堡大学（HUB）、不来梅大学和Menlo 系统公司共同开发的，使用了基于碘分子激光吸收的有源光学频率基准，该基准同时使用了两个光梳进行表征。

由于两个光梳的重复频率略有不同，所以可以明确地确定碘基准的绝对频率。

该团队在去年发表的关于JOKARUS硬件的论文中写道：“用于碘光谱的组件集成技术是一种实现紧凑和坚固耐用的空间光学系统的非常有前途的技术，目前美国国家航空航天局（NASA）和欧洲航天局（ESA）正在计划中的激光干涉仪空间天线（LISA）任务将可能从该项研究工作中受益。

”他们最后总结称：“这项技术在太空任务中的首次应用将可能是使用激光或原子干涉测量技术，或开发太空光学时钟。

”
重大意义
未来，双频梳系统在太空中可以成为精密光谱学、光谱仪校准、亚微米量程、激光雷达激光器的校准和下一代卫星任务中微波生成的游戏规则改变者。

基于这次飞行的结果，该系统的长期在轨验证将不久会展开。

资金来源
根据德国联邦议会的决定，FOKUS II和JOKARUS项目是由德国航空航天中心（DLR）管理、德国联邦经济技术部（BMWi）资助的。