基于专利地图的原子钟技术现状分析＊

中国科学院武汉文献情报中心，武汉430071

0 引言

原子钟又称原子频标，是利用原子、分子或离子等粒子内部跃迁频率锁定晶体振荡器或激光器频率，使其输出标准频率信号的物理设备。

从应用层面来说，首先原子钟作为强国强军的核心器件[1]，是卫星导航系统实现定位、导航、授时（PNT）的基础和保障，在推动国防建设方面发挥着至关重要的作用。其次，原子钟的精准计时功能支撑着我们的日常生活，在促进社会经济发展方面也发挥着日益重要的推动作用。2016年英国政府发布《量子时代：技术机会》（《The Quantum Age：technological opportunity》）报告，称原子钟的应用已涉及雷达导航系统、远程通信网络、电力输配网络、金融市场、新闻市场等多个领域，并明确将原子钟技术列为排位第一、优先发展的前沿量子技术。

从技术层面来说，原子钟研发主要集中在两个方向。一是追求更高的精确度和稳定度，这部分以冷原子光钟为代表。光钟被认为是下一代原子钟，理论预测其准确度和稳定度将优于10-18：2019年7月15日《物理评论快报》报道S.M.Brewer 等[2]制备的Al+量子逻辑光钟系统不确定度已低于10-18。二是追求便携化小型化，这部分以基于相干布局囚禁（coherent population trapping，CPT）理论的CPT 原子钟为代表。CPT 原子钟是唯一从原理上可实现小型化的新型原子钟，也是应用于导航终端接收机的理想原子钟[3]。过去几十年美国国防高级研究计划局（DARPA）在原子钟小型化方面投入大量资金，2015年底又启动“稳定增强原子钟”（Atomic Clock with Enhanced Stability，ACES）项目，开发新一代电池供电芯片原子钟（chip-scale atomic clocks，CSAC）；……