国家市场监管重点实验室（时间频率与重力计量基准）

国家市场监管重点实验室（时间频率与重力计量基准）（以下简称“时频与重力计量基准重点实验室”）依托于必威中文官网 ，是由原国家质量监督检验检疫总局于2015年批准成立，并于2020年由国家市场监督管理总局优化调整后正式更名。

2015-2020年期间，时频与重力计量基准重点实验室共发表文章114篇，申请专利36项，软件著作权12项。获得国家科技进步一等奖1项，质检总局科技兴检奖一等奖2项，市场监管科研成果奖一等奖1项，中国计量测试学会科技进步奖项5项，实验室的相关成果了扩展时间频率和重力计量在国防、海洋、航空、卫星等多领域多平台的应用，为我国实现自主可控的时空基准体系做出贡献。

建设目标

以“国际单位制量子化变革”为契机，从国家战略高度出发，突破时间频率计量和重力加速度计量的技术瓶颈、实现量值传递方式的新方法，针对高准确度时频信号的产生与调控机制和多维度重力加速度准确信息的测定与控制手段，重点围绕时间频率和重力加速度计量基准与溯源方法进行深入研究，形成能够体现国家量子计量科技最高水平、集自主创新、技术扩散、国际合作、人才聚集和开放共享于一体的国家时间频率及重力计量科技创新基地，进一步提升国家的核心竞争力。

研究方向

围绕在时间频率计量及重力加速度计量关键技术方面的发展规划并结合国防、科研院所、企事业单位对计量的需求，重点开展秒长基准研究，提升我国秒长基准的指标，并对未来秒定义的变化做技术储备。利用秒长基准驾驭时标，提升中国标准时间的准确度。开展卫星、光纤、无线网络等多渠道时间频率传递技术研究，对不同用户提供时间频率基准信号。建立并维护全球重力基准原点和国家重力加速度计量基准，突破欧美对该领域先进精密仪器的垄断地位，为我国实现自主可控的时空基准体系做出贡献。

科研队伍

时间频率与重力计量基准重点实验室依托必威中文官网 和国家时间频率计量中心，现有科研用房面积1240.32平米，拥有隔震、洁净、恒温恒湿等实验条件。未来可利用必威中文官网 昌平基地新时频楼开展相关研究。重点实验室现有设备2782台（套）总值2.3亿元，其中50万元以上大型设备111台（套）总值1.2亿元，向各个开放课题及相关领域研究单位开放使用。

时间频率与重力计量基准重点实验室现有固定岗位职工32人、博士后2人、合同制3人。固定岗位职工中21人具有博士学位，占68%；中国工程院院士1人，研究员9人，副高以上职称共31人，占96.9%。

研究成果

1、国家秒长计量基准——铯原子喷泉钟
铯原子喷泉钟是复现秒定义的实验装置，不仅可以参加国际原子时合作，驾驭产生国际原子时同时还可以作为国家时间频率体系的源头，驾驭产生中国原子时，保证我国时间频率体系的准确可靠和独立自主。重点实验室研制的NIM5铯原子喷泉钟是我国现行秒长国家计量基准，不确定度达到1E-15，30天运行率达到99%。作为秒长基准，NIM5铯喷泉钟完成了对我国第一台中性原子光钟锶原子光晶格钟的频率测量，测量结果被国际计量局接受参与锶原子的频率推荐值计算。通过光纤，将必威中文官网 的时间频率信号传递到北京卫星导航中心，为其提供时间频率计量支持。同时，与NIM5同期研制的NIM5-M在北京卫星导航定位中心运行，为北斗提供秒长溯源支持。

2、国家原子时标计量基准——UTC（NIM）

重点实验室建立并保持着国家原子时标计量基准UTC(NIM)，其基本作用是保持时间的准确、稳定、连续运行，产生国家统一使用的标准时间—北京时间。目前，UTC(NIM)与协调世界时UTC(国际标准时间)偏差优于±5 ns，时间稳定度优于0.6 ns/5d，达到了国际先进、国内领先水平。国家原子时标计量基准保证了国内时间频率量值的准确统一、实现了时间频率量值的国际等效，为基础研究及国民经济建设提供直接支撑，为建设独立自主准确统一的中国标准时间提供技术保障。

3、锶原子光晶格钟

基于囚禁离子或光晶格囚禁原子的光频标被公认为是下一代时间频率基准钟。重点实验室开展了锶原子光晶格频标关键技术研究与攻关，争取在2025年后时间频率基本单位秒的重新定义问题上发挥我国作为科研大国应有的作用。突破激光线宽压缩技术，建立了基于 30cm ULE 超稳腔的钟跃迁激光系统，除了超低损耗腔镜以及腔体材料采购自国外，其余如腔体设计、支撑系统设计、真空控温系统、锁定系统等均基于国内力量设计制造，秒稳定度达到了1.5E-16。利用新的钟跃迁激光器，通过分时锁定自比对技术对锶原子晶格钟进行频率测量稳定度的评估实验，在万秒平均时间内，分时自比对频率测量稳定度进入到E-18量级。这是国内光钟分时自比对频率测量稳定度首次进入到E-18量级，也是国际上少数几个建成基于长参考腔钟激光系统并应用到原子锁定系统中的实验室之一。

4、远程时间比对、传递及溯源

传递和比对是时间频率计量体系的桥梁。利用自主研发的北斗时频传递装置，首次在超8200公里的欧亚链路和1000公里的欧洲内部链路实现了全视和共视两种方法的时间频率传递，稳定度达1 ns，与GPS时间传递结果的吻合度优于2 ns；基于该装置，在多国时间频率研究机构，组成北斗时间传递实验网络开展了不同洲际链路超远距离的时间频率传递及性能评估，证明北斗时间传递链路具备了成为国际标准时间正式链路的能力。基于GNSS时间频率传递，研发远程时间溯源装置NIMDO，经过多年实践验证，在航天、电力、通信、计量等近20家机构进行了应用，初步构建了国家远程时间溯源示范体系。

5、国家重力加速度计量基准

不同于一般意义的计量基准，重力加速度基准包括一批重力精密测量基础设施和装备，构建了先进重力测量与计量能力。通过主办第十届全球绝对重力仪关键比对，形成了目前唯一在用的全球重力国际比对点，成为全球重力测量量值的溯源地和基准原点。必威中文官网 昌平院区的重力点位，其国际关键比对参考值的合成标准不确定度优于0.7μGal；重点实验室自主研制的NIM-AAG1型冷原子干涉绝对重力仪测量结果的国际等效度为-2.4μGal，合成标准不确定度为4.6μGal；重点实验室自主研制的NIM-3A型光学干涉绝对重力仪测量结果的国际等效度为0.4μGal，合成标准不确定度为3.0μGal。在此基础上，经国家市场监管总局批准，成功建立了“国家重力加速度计量基准”。我国重力加速度计量基准的合成标准不确定度优于1.0μGal，达到国际领先水平。基于重力比对技术和光学干涉绝对重力仪研制的项目成果获2020年市场监管科研成果奖一等奖。

最新进展

时间频率领域：依托重点实验室资源，完成国内首个“光钟绝对频率测量开放共享平台”，重点支持国内相关机构共同尽早取得技术突破，实现高水平光钟绝对频率量值评估，奠定中国在国际秒定义修改中的话语权。该平台依托国家秒长基准NIM5和原子时标国家计量基准UTC(NIM)，采用两种独立技术体系测量光钟绝对频率。基于两个测量结果进行双盲验证，最大程度抑制了由测量设备、测量过程、测量条件和数据处理等引入的不确定性，保障了光频量值溯源的准确与可靠，频率校准能力最高达E-16量级，该技术指标也是目前国际上光钟绝对频率测量的最高水平之一。为我国加快探索光钟驾驭氢钟产生下一代时间基准奠定了技术基础，对于建设我国独立自主、准确可靠的时间频率体系意义深远。

主要设施及技术指标：2台铯原子喷泉基准钟NIM5和NIM6，其中后者频率不确定度优于5.8E-16，相当于5400万年不差1秒；1套原子时标国家计量基准UTC(NIM)，时间稳定度0.16ns/5d，达到了同期国际领先水平；多套高稳定性光纤光频梳装置，连续锁定时间达30天以上、梳齿线宽达Hz量级，突破了窄线宽光频梳技术壁垒。

目前，中国科学院精密测量科学与技术创新研究院的2台钙离子光钟、中国科学院上海光学精密机械研究所光机所和华力创通公司各1台铷原子喷泉钟已送至昌平院区开展频率测量与比对。

重力领域：针对时空体系量值溯源应用需求，利用自主可控远程时空基准量传实验系统参加中国第36次南极科学考察队的宝贵机会，在南极中山站首次完成了地球极地恶劣环境下的时空基准溯源技术方案验证，系统稳定可靠地持续工作，建立了重力加速度校准点，并溯源到国家时间频率计量基准，验证了基于北斗链路的远程时间频率传递系统在全球范围内的可靠稳定覆盖能力。自主研发的精密绝对重力仪经受住极地12级飓风和暴风雪恶劣气候环境考验，实现了在(-15℃～10℃)温度条件下的持续、稳定工作，测量结果的不确定度A类评定优于4μGal，连续30天观测结果的重复性优于35μGal，顺利完成南极重力科考任务，这是我国极地科考史上首次使用自主研制的绝对重力仪进行科考工作。

图1 国家秒长基准

图2 国家原子时标计量基准UTC（NIM）

图3 锶原子光钟

图4 飞秒光学频率梳

图5 冷原子干涉绝对重力仪

图6 光学干涉绝对重力仪