在光波（bō）和微波之間搭起一座“橋”

　　——訪國家科技進（jìn）步二等獎獲得（dé）者、中國計量院電學與（yǔ）量子科學研究所（suǒ）副所長方占軍

　　□ 中國質量報記者 楊 蕾/文

　　那（nà）是一個令人永生難忘的日子。激昂的音樂，紅紅的地（dì）毯，紅紅的證（zhèng）書，紅紅的標語，把站在主（zhǔ）席台上方占軍的笑臉也（yě）印得紅紅的。

　　“能夠與胡錦濤主席、溫（wēn）家寶總理握手，感覺太榮幸了（le）！”回憶起今年1月11日在人民大會堂召開的2009年度國家科學技術獎勵大會，中國計量科學研究院電（diàn）學與量子科學研究所副所長方（fāng）占軍臉上（shàng）依然洋溢著燦爛（làn）的笑容。他帶領的團隊完成的“飛秒激光光學頻率梳”項目榮獲2009年度國家科學技術進（jìn）步二等獎，這也（yě）是中國計（jì）量科學研究院連續4年榮獲國家科學技術進步獎。那天，方占軍（jun1）作為項目組負責人，應邀參加（jiā）了（le）在北京舉行的（de）獎勵大會，並作為獲獎代表上台領獎（jiǎng）。

　　一個平均年齡隻有30多歲的團隊攻克重重難關，研製（zhì）完成了我國第一台飛秒光梳測量裝置，改寫了我國長度基本單（dān）位“米”不能（néng）獨立自主實現量值（zhí）溯源的曆史，填補了我國絕對光學頻率直接測量能力的空白。

　　“我們就是在光波和微波之間搭起了一座‘橋’。”方占軍說。為（wéi）了（le）搭建這座“橋”，方占軍和他的團隊卻（què）用了整整4年的時（shí）間。

　　計量科技全新突破

　　米和秒是國際單位製7個基（jī）本單位中的兩個，它們分別是幾何量（liàng）計（jì）量體係和時間頻率計量（liàng）體係的基礎。1983年第17屆國際計量大會將光速C定義為一個無誤差的常數（shù），將米定義為光在真（zhēn）空中（zhōng）在1/299792458秒的時（shí）間間隔內傳（chuán）輸的距離。自此而始，通過測量激光輻射的絕對頻率（lǜ）來複現米定（dìng）義成為國際上普遍采用的標準方法。世界上大多數國家使用碘穩頻633nm氦（hài）氖激光器作為（wéi）國家激光波長基準。米定義複現的核心工作就是（shì）測量碘穩頻633nm氦氖激光器的絕對頻率。在以前的很長一段時間裏，諧（xié）波頻率鏈是（shì）直接測量絕對光學頻率的唯一方（fāng）法。“諧波頻率鏈成本高、裝置極其複雜（zá），需要占用150平方米大的空間，而且一條頻率鏈通常隻能測量一個目標光學頻率。”方占軍說。光學頻率的絕對（duì）測量是一件十分艱巨的工作，世界上隻有美國、法國、德國等少數（shù）幾個發達國家的計量院研製建成了諧波頻率鏈測量裝置。包括中國在（zài）內，大多數（shù）不具有絕對光學頻率直接測量能力的國家，隻能通過參加國際計量局組織的碘穩頻633nm氦氖激光器的定（dìng）期比對，實現本國激光波（bō）長基準（zhǔn）的（de）量（liàng）值溯源。

　　“由於（yú）我國沒有自己獨立的諧波頻率鏈測量裝（zhuāng）置，長度基本單（dān）位‘米’就不能獨立自主實現量值溯源，也（yě）就無法保證國家幾（jǐ）何量計量體係的獨立完整性。這不僅僅是科研技術落後（hòu）的問題，而且還涉（shè）及國家的技術主權。所以，建設我國獨立的絕對光學頻率測量能力就顯得（dé）異常重要而緊迫。”方占軍說。

　　這一情形在20世紀90年代出現了新的轉機。由德國科學家和美國科學家（jiā）發明的飛秒光梳技術給光學頻率測量研究帶來了革命性的突破。飛秒光梳用一台鎖模飛秒脈衝激光器建立了微波頻率和光學頻率之間的橋梁，是實現米定義複現、在幾何量計量體係和時間頻率計量體係中居重要地位的關鍵裝（zhuāng）置。與（yǔ）之前的（de）諧波頻率鏈裝置相比，飛秒光梳技（jì）術裝置極大地簡化（huà）了光（guāng）學頻率測量裝（zhuāng）置，從占用（yòng）一兩（liǎng）間實驗（yàn）室、需要使用十幾台甚（shèn）至幾十台設備的複雜（zá）裝（zhuāng）置簡化為隻（zhī）有2平（píng）方米大小的（de）裝置；飛秒光梳技術擴大了光學頻率（lǜ）測量範圍，能夠測量從近紅外到可見光範圍內的所有（yǒu）光學頻率；飛秒光梳技術還大幅提高了光（guāng）學頻率測量準確（què）度（dù），諧波頻率鏈的（de）光學頻率測量準確度一般為10-11到10-12，而使用飛秒（miǎo）光梳則可以達到10-14甚至（zhì）更高。由於飛秒光（guāng）梳技術（shù）給光學頻率測量帶來（lái）的突（tū）破，對飛秒光（guāng）梳技術做出（chū）主要貢獻（xiàn）的兩位（wèi）科學家共同獲得了2005年的諾貝爾物（wù）理（lǐ）獎。

　　飛秒光梳技術的發明令全世界的計量人為之一振。但是，要實現這（zhè）個技術卻並不容易。

　　從零開始點滴積累

　　2001年，當方占軍結束德國的學習回到中國時，國內卻很少有人聽說過“飛秒（miǎo）光梳”這個名詞。“我也不例外，雖然聽說過‘飛秒光梳’這個概念，但具體（tǐ）如何實現卻一無所知。”方占軍回憶道。在仔（zǎi）細研究國際計量科技發展趨勢（shì）後，在資金（jīn）極度缺乏（fá）的情況下（xià），中國計量院敏銳地察覺到“飛秒光梳”在未來計量科研中的重要作用（yòng），決定將其列入10個“新王牌項目”之（zhī）一，給（gěi）予重點支持。“這是我們（men）跟蹤國際計（jì）量（liàng）科技前沿最快（kuài）最緊的一個項目。”中國計（jì）量院科發部主任宋淑英說。

　　2002年（nián），項目組正（zhèng）式（shì）開始工作。“項目（mù）組一共8個人，好幾個都是剛剛畢業（yè）的大學生，對“飛秒光梳”都很陌生。我們就是在這（zhè）種幾（jǐ）乎‘兩眼一抹黑（hēi）’的情況下開始研究的。”方占（zhàn）軍說。

　　一切從（cóng）零開始。從德國買回一台激光器，廠家安裝完畢後，項目組成（chéng）員竟（jìng）然不知道如何使用。“連在外國廠家看來是基本常識的‘鎖（suǒ）模’操（cāo）作我們都不懂，也是慢慢摸索（suǒ）才知道的。”方占（zhàn）軍說。不明白的就查（chá）資料（liào）、出國學習、互相討論，弄明白了繼續做。項目組就是這樣邊學邊做，邊做邊學。

　　2002年項目開始時，王強還隻是一名剛（gāng）畢業的大學（xué）生。在項目組裏，王強負責光學部分。“光纖擴譜是一個關鍵環節。要將幾十納米寬的光譜通過很細的光纖後擴展成幾百納米寬的（de）光譜，難度很大（dà）。當時，我每天的工作就是反（fǎn）複調試（shì）光（guāng）鏡，不斷（duàn）地（dì）調試。如果調試不到位，從光纖中出來的就是紅光；如果調試準（zhǔn）確度（dù）提（tí）高了，出（chū）來的就是綠光（guāng）；如果調試到最佳狀態，出來的（de）就應當是一道美麗的彩虹。那些日子裏（lǐ），我天天盼著自己能見（jiàn）到綠光，見（jiàn）到彩虹，甚至在大街上看見綠燈亮了都覺得格外興奮和親切（qiē）！”王強笑著說。

　　“科研不（bú）能靠靈感，所謂的靈感也必須是在一定（dìng）的積累的基（jī）礎上才有（yǒu）可能出現。我們這4年的工作其實很簡單（dān）也很枯燥（zào），就是每天一點（diǎn）一點地（dì）推進，一點一點地積累。”回憶起4年的點點滴滴，方占軍認為大家能夠（gòu）靜下心來，排除一切（qiē）雜念（niàn），一（yī）心（xīn）一（yī）意搞研究就是留（liú）給他的最大印象。[page_break]
 

　　改寫曆史填補空白

　　“一心一意搞研（yán）究”是（shì）項目組所有成（chéng）員的座右銘，也是所有科研工作者的（de）座右銘。項目組4年的辛苦付出（chū）終於有了結果。項（xiàng）目組運用（yòng）“飛秒光梳”的原理，在國內首次實（shí）現了直接溯源到銫原子微波頻率基（jī）準的絕對光學頻率直接測量，改寫（xiě）了我國長度（dù）基本單位米不能獨立（lì）自主實現（xiàn）量值溯源的曆史，填補了我國絕對光學頻率直接測（cè）量能力的（de）空白。2006年9月，在課題的鑒定會上（shàng），鑒定委員會專（zhuān）家一致認為：課題（tí）組在引進國（guó）外（wài）核心元（yuán）器件的基礎上，在（zài）國內建成了一台先進的飛秒激光光學（xué）頻率梳裝置，並實現了若幹集成創新，主（zhǔ）要包括：采用光子晶體光纖的伺服反饋控製技術，有效（xiào）地延長了“飛秒光梳”係統（tǒng）頻移的鎖定時間；提出並實（shí）現了適用於長時間（jiān）拍頻測（cè）量的不鎖定係統（tǒng）頻移的激光頻率（lǜ）測量方法等；另外，“飛秒光梳”裝置在國內首（shǒu）次（cì）實現了以（yǐ）銫原子噴泉鍾為參考的碘（diǎn）穩頻532nm固體和633nm氦氖激光頻率測量，測量結果達到國際先進水平；同時，專家組（zǔ）認為（wéi），該裝置為我國（guó）開始的另一項國（guó）際（jì）前沿攻關項目光鍾的研究和應用奠定了必要的基礎，是（shì）保證光鍾有效應用於實際時間頻率測量（liàng）的（de）主要技術手段之一。

　　“飛（fēi）秒光梳”測量裝置的研製成功（gōng）具有重要的社會（huì）意義。首先，將（jiāng）我（wǒ）國複現米定義使用的633nm He-Ne穩（wěn）頻激光器的頻率直接溯源到國家銫原子時間頻率基準，從根本上解決了長期以來我國的國家激光波長基準碘穩頻633nm氦氖必須通過參加（jiā）國際（jì）比對才能實現量值（zhí）溯源的問題，標誌著我國獨立完整的（de）幾何量（liàng）量值溯源體係的建立（lì），具有特別重要的（de）意義；其二，實現了（le）可見光及近紅外波（bō）段所有光學頻率的直接精確測量，解決了在近紅外和可（kě）見光（guāng）範圍內需要同時建立和維護多台穩頻激光波長標準裝置的難題，節（jiē）省了人力物力。“飛秒光梳”的研製成（chéng）功徹底解決了激光波長的測量問題，為（wéi）半導體激光器、固體激光器、光纖（xiān）激光（guāng）器等相（xiàng）幹光源在幾何量幹涉測量（liàng）等（děng）領域中獲得廣泛應用提供了技（jì）術基礎；其三，“飛秒光梳”是連接微波頻率和光學頻率、以及不（bú）同光學頻率之間的橋梁，是光鍾研究和應（yīng）用的重要工具。“飛秒光（guāng）梳”的研製成功，為國家973計劃和科（kē）技支撐計劃立項支持（chí）的激光冷卻中性原子或單離子存儲光鍾的研究及應用奠定了（le）技術基礎（chǔ）。裝置建成後3年來，通過（guò）監測國家激光波長基準碘穩頻633nm氦（hài）氖激光器的絕對頻（pín）率，有效保證了全國幾何量（liàng）量值溯源體係的量值統一準確可靠，具（jù）有重要社會意義，已經發揮並將持續發揮巨大的間接經濟效益。

　　“4年來，我們不僅僅是完成了一（yī）個項目，拿了（le）一個大獎，更重要的是（shì）我（wǒ）們在（zài）國際計量科技的前沿領域發（fā）出（chū）了中國自己的聲（shēng）音（yīn），而且還培養（yǎng）了一支高（gāo）素質的隊伍，為我們今後開（kāi）展更負載更困難的光鍾研究準（zhǔn）備了（le）條件，奠定了基礎。”方占軍（jun1）意味（wèi）深長地（dì）說。

　　新的使命已經下達，新（xīn）的征途已經開始，中國計量院的科研工作者們已經啟程遠航。