《光鐘性能表征及測(cè)量方法》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

編制說(shuō)明

（征求意見(jiàn)稿）

2023年3月12日

《光鐘性能表征及測(cè)量方法》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)編制說(shuō)明

一、工作簡(jiǎn)況

（一）任務(wù)來(lái)源及協(xié)作單位

2021年8月24日，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布《關(guān)于下達(dá)2021年第二批

推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)外文版計(jì)劃的通知》，下達(dá)了《光鐘性能表征及

測(cè)量方法》推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定任務(wù)，計(jì)劃號(hào)：20214287-T-469，項(xiàng)目周期24

月。本標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)量子計(jì)算與測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC578）提出并歸

口，由中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院、中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院、中國(guó)

科學(xué)技術(shù)大學(xué)、航天二院北京無(wú)線電計(jì)量測(cè)試研究所、中國(guó)信息通信研究院、航

天五院錢學(xué)森空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)儀量子（合肥）技術(shù)有限公司、深圳中國(guó)計(jì)量

科學(xué)研究院技術(shù)創(chuàng)新研究院、濟(jì)南量子技術(shù)研究院、北京長(zhǎng)城計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究

所等單位共同負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)起草。其中，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院為該標(biāo)準(zhǔn)起草工作的牽

頭單位。

（二）制定背景

時(shí)間頻率是所有物理量中測(cè)量不確定度水平最好的物理量，其他物理量的精

密測(cè)量都盡量轉(zhuǎn)換成時(shí)間頻率來(lái)測(cè)量。光頻標(biāo)的頻率不確定度已經(jīng)進(jìn)入E-18量

級(jí)，比目前的秒定義基準(zhǔn)銫頻標(biāo)好約兩個(gè)數(shù)量級(jí)。國(guó)際計(jì)量組織已經(jīng)推出“秒”

定義改為光頻標(biāo)的路線圖，并計(jì)劃于2026年正式討論光頻標(biāo)“秒”定義變更事

宜。光鐘是時(shí)間頻率領(lǐng)域內(nèi)不確定度指標(biāo)最高的測(cè)量?jī)x器，在未來(lái)的量子精密測(cè)

量中起到了參考的作用，為其他量子測(cè)量提供了精密測(cè)量的基礎(chǔ)。

目前國(guó)際上光鐘研究的發(fā)展速度很快，主要發(fā)達(dá)國(guó)家都在加緊光鐘的研制和

比對(duì)。國(guó)內(nèi)也有超過(guò)十個(gè)單位在進(jìn)行光鐘的研制，研制的光鐘的類型也不相同，

各個(gè)單位采用了各種指標(biāo)來(lái)說(shuō)明自己的光鐘的水平，雖然數(shù)值類似，但是表征的

能力卻有很大差別，對(duì)于評(píng)價(jià)光鐘的性能造成了很大的困難，例如，表述光鐘的

指標(biāo)出現(xiàn)了很多不同的指標(biāo)表述，如環(huán)內(nèi)伺服穩(wěn)定度、分時(shí)自比對(duì)穩(wěn)定度、獨(dú)立

光鐘互相比對(duì)穩(wěn)定度、同一光阱不同部分原子之間比對(duì)穩(wěn)定度、絕對(duì)頻率不確定

度、系統(tǒng)誤差的不確定度和相對(duì)不確定度等指標(biāo)，這些指標(biāo)在物理意義上有很大

的差別，不能混為一談，但是很多人在引用這些數(shù)字的時(shí)候，不清楚這些差別，

只比較數(shù)字，造成了很大的誤解。研究成果和產(chǎn)品也很難進(jìn)行直接性能的比較，

對(duì)于績(jī)效評(píng)價(jià)和采購(gòu)招標(biāo)等造成了很多的不便。

在表征光鐘性能指標(biāo)上，存在概念不清、指標(biāo)混用的問(wèn)題，亟待解決。為了

能夠比較不同的光鐘的性能，有必要澄清一些術(shù)語(yǔ)，對(duì)各種采用的指標(biāo)進(jìn)行說(shuō)明，

對(duì)測(cè)量方法進(jìn)行一些規(guī)定，使得測(cè)量給出的性能具有可比性，為未來(lái)時(shí)間頻率系

統(tǒng)中選擇不同光鐘應(yīng)用不同場(chǎng)合提供基礎(chǔ)，指導(dǎo)各個(gè)單位給出相同意義的參數(shù)，

促進(jìn)光鐘更好的應(yīng)用于時(shí)間頻率系統(tǒng)，進(jìn)一步推動(dòng)光鐘相關(guān)產(chǎn)業(yè)整體的發(fā)展。

（三）主要工作過(guò)程

項(xiàng)目啟動(dòng)至已經(jīng)進(jìn)行了3次工作會(huì)議，因受疫情影響，工作會(huì)議形式全部以

線上騰訊會(huì)議形式開展。會(huì)議主要內(nèi)容如下：

第一次會(huì)議（會(huì)議號(hào)：377620915）于2022年3月11日召開，會(huì)議介紹了

標(biāo)準(zhǔn)起草注意事項(xiàng)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)起草各階段工作進(jìn)行了初步安排，包括起草階段、征

求意見(jiàn)階段、審查階段、報(bào)批階段的時(shí)間安排與工作成果要求。會(huì)議對(duì)標(biāo)準(zhǔn)框架

和后續(xù)工作內(nèi)容進(jìn)行了介紹，提出標(biāo)準(zhǔn)的框架是否需要擴(kuò)展、如何包含企業(yè)研制

的應(yīng)用型光鐘、是否包括系統(tǒng)頻移不確定度評(píng)估、還需要增加哪些表征參數(shù)、參

數(shù)測(cè)量細(xì)化程度等問(wèn)題。與會(huì)專家針對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行了討論，確定了標(biāo)準(zhǔn)草案的

基本框架及編寫注意事項(xiàng)。

第二次會(huì)議（會(huì)議號(hào)：299838775）于2022年5月13日召開，會(huì)議介紹了

標(biāo)準(zhǔn)編寫核心組成員，提出標(biāo)準(zhǔn)框架主要由核心組進(jìn)行編寫。編寫內(nèi)容主要分為

術(shù)語(yǔ)和定義，光鐘功能和原理，光鐘性能表征三部分內(nèi)容，其中光鐘性能表征主

要包括頻率穩(wěn)定度，不確定度和運(yùn)行率三部分。經(jīng)與會(huì)專家就工作計(jì)劃與分工安

排討論后，對(duì)上述編寫內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)分工。

第三次會(huì)議（會(huì)議號(hào)：375606736）于2023年1月13日召開，會(huì)議介紹了

標(biāo)準(zhǔn)前期的編寫情況與工作內(nèi)容，介紹了已完成初稿的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容。與會(huì)專家就

草案內(nèi)容發(fā)表建議與看法，確定了后續(xù)需要完成的工作。

（四）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)主要起草人及其所做的工作

本標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院作為牽頭單位，由中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院、中國(guó)

科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、航天二院北京無(wú)線

電計(jì)量測(cè)試研究所、中國(guó)信息通信研究院、航天五院錢學(xué)森空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)

儀量子（合肥）技術(shù)有限公司、深圳中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院技術(shù)創(chuàng)新研究院、濟(jì)南

量子技術(shù)研究院、北京長(zhǎng)城計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所等單位共同負(fù)責(zé)起草。主要起草

人員及其工作如下表1：

表1標(biāo)準(zhǔn)起草人員及主要工作

序號(hào)單位主要工作

牽頭標(biāo)準(zhǔn)預(yù)研，負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)制定全面

工作，包括制定和推進(jìn)工作計(jì)劃、文

1中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院

件收集、提出標(biāo)準(zhǔn)整體框架和主要

技術(shù)內(nèi)容,參與討論提供意見(jiàn)建議

參與標(biāo)準(zhǔn)預(yù)研，起草標(biāo)準(zhǔn)與編制說(shuō)

中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技

2明，參與討論、提供意見(jiàn)和建議，對(duì)

術(shù)創(chuàng)新研究院

測(cè)試方法進(jìn)行修改

參與標(biāo)準(zhǔn)預(yù)研，起草標(biāo)準(zhǔn)與編制說(shuō)

3中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)

明，參與討論、提供意見(jiàn)和建議

航天二院北京無(wú)線電參與標(biāo)準(zhǔn)預(yù)研，起草標(biāo)準(zhǔn)與編制說(shuō)

4

計(jì)量測(cè)試研究所明，參與討論、提供意見(jiàn)和建議

參與標(biāo)準(zhǔn)預(yù)研，起草標(biāo)準(zhǔn)與編制說(shuō)

5中國(guó)信息通信研究院明，參與討論、提供意見(jiàn)和建議，提

供標(biāo)準(zhǔn)工作指導(dǎo)

6中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)參與討論、提供意見(jiàn)和建議

航天五院錢學(xué)森

7參與討論、提供意見(jiàn)和建議

空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)室

國(guó)儀量子（合肥）技術(shù)有限公

8參與討論、提供意見(jiàn)和建議

司

深圳中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院

9參與討論、提供意見(jiàn)和建議

技術(shù)創(chuàng)新研究院

10濟(jì)南量子技術(shù)研究院參與討論、提供意見(jiàn)和建議

11北京長(zhǎng)城計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所參與討論、提供意見(jiàn)和建議

二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則

（一）科學(xué)性和系統(tǒng)性

本標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的光鐘性能評(píng)價(jià)指標(biāo)和測(cè)試方法與我國(guó)近年來(lái)的量子精密測(cè)

量的發(fā)展和應(yīng)用緊密結(jié)合，吸納了國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域內(nèi)同行所積累的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，確保標(biāo)

準(zhǔn)內(nèi)容科學(xué)性和系統(tǒng)性，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)光鐘領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)空白。

（二）準(zhǔn)確性和完整性

本標(biāo)準(zhǔn)充分考慮了光鐘的不同工作原理和不同工作場(chǎng)景，所約定的術(shù)語(yǔ)適用

于不同的光鐘的性能評(píng)價(jià)和測(cè)試。本標(biāo)準(zhǔn)在約定性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試方法時(shí)充分

了現(xiàn)有的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，保證術(shù)語(yǔ)的語(yǔ)義準(zhǔn)確性和內(nèi)容的完整性。

（三）可操作性

本標(biāo)準(zhǔn)所約定的性能指標(biāo)和測(cè)試方法已經(jīng)在光鐘相關(guān)文獻(xiàn)中反復(fù)實(shí)現(xiàn)，并且

是行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)同的光鐘性能評(píng)價(jià)的指標(biāo)術(shù)語(yǔ)，具有可操作性。

（四）標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象和范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了光鐘的各類評(píng)價(jià)指標(biāo)和相應(yīng)的測(cè)試方法。本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)光鐘領(lǐng)域的

覆蓋范圍廣，適用于不同類型光鐘的性能評(píng)價(jià)和測(cè)試。

三、標(biāo)準(zhǔn)中主要技術(shù)內(nèi)容確定的依據(jù)和過(guò)程

1.頻率穩(wěn)定度。為了滿足最終用戶的各種需求，光鐘需要輸出高穩(wěn)定的光學(xué)

頻率信號(hào)，光鐘的頻率穩(wěn)定度表征了該信號(hào)隨時(shí)間的變化程度。采用阿倫偏差評(píng)

估光鐘的頻率穩(wěn)定度是原子鐘領(lǐng)域內(nèi)的普遍做法。由于光鐘操作復(fù)雜，體積龐大，

在不同的條件或場(chǎng)合需要選擇不同的測(cè)量方法。在只有一臺(tái)光鐘時(shí)，可以通過(guò)環(huán)

內(nèi)頻率穩(wěn)定度用于對(duì)光鐘鎖定能力進(jìn)行評(píng)估，或分時(shí)間、分空間自比對(duì)得到頻率

穩(wěn)定度。當(dāng)具有兩臺(tái)及以上的光鐘時(shí)，需要考慮是否共用光學(xué)本地振蕩器、是否

同種光鐘等因素，又細(xì)分為5種不同情況下的頻率穩(wěn)定度測(cè)量。

2.頻率準(zhǔn)確度。光鐘的頻率準(zhǔn)確度表征了光鐘輸出的光學(xué)頻率信號(hào)與定義

值是否一致。頻率準(zhǔn)確度包含系統(tǒng)頻移不確定度和絕對(duì)頻率不確定度兩個(gè)方面。

由于各種外界噪聲的存在，原子不可能處于完全未受干擾的條件下，因此其輸出

頻率相對(duì)于未受干擾的理想值之間會(huì)出現(xiàn)一個(gè)頻率偏移，這個(gè)偏移量被稱為系統(tǒng)

頻移。光鐘的輸出頻率溯源到現(xiàn)有秒定義的過(guò)程中所產(chǎn)生的總測(cè)量不確定度是絕

對(duì)頻率的不確定度。頻移的準(zhǔn)確性需要通過(guò)很多參數(shù)來(lái)描述，因此需要進(jìn)行不確

定度評(píng)估。本標(biāo)準(zhǔn)起草過(guò)程中參考了國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，給出測(cè)量方法、計(jì)

算方法與適用場(chǎng)合。

3.運(yùn)行率

光鐘不僅僅是科研產(chǎn)品，未來(lái)也要產(chǎn)業(yè)化、商品化，面向研發(fā)、生產(chǎn)、使用、

維護(hù)等環(huán)節(jié)。而作為產(chǎn)品，光鐘運(yùn)行率等問(wèn)題的測(cè)量目前是有爭(zhēng)議的，需要在標(biāo)

準(zhǔn)里界定清楚。光鐘的運(yùn)行率適合作為光鐘可靠性的考核指標(biāo)之一，考察光鐘在

某一時(shí)間段內(nèi)的服務(wù)能力，對(duì)于光鐘駕馭時(shí)標(biāo)等應(yīng)用有著非常重要的影響。本標(biāo)

準(zhǔn)起草過(guò)程中參考了國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，給出測(cè)量方法、計(jì)算方法與適用場(chǎng)

合。

四、試驗(yàn)驗(yàn)證情況

本標(biāo)準(zhǔn)中涉及的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)文檔的附件及測(cè)試報(bào)告所示。

1)主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）的分析、綜述報(bào)告

現(xiàn)階段僅對(duì)利用一臺(tái)光鐘測(cè)量得到的分時(shí)間交替自比對(duì)頻率穩(wěn)定度進(jìn)行試

驗(yàn)，使用的方法經(jīng)過(guò)廣泛應(yīng)用，其有效性得到了充分的驗(yàn)證，基本可以統(tǒng)一光鐘

的關(guān)鍵性能參數(shù)測(cè)試方法，為行業(yè)推薦可操作的統(tǒng)一檢測(cè)方法奠定基礎(chǔ)。

2)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

試驗(yàn)對(duì)象準(zhǔn)備：鍶原子光晶格鐘一臺(tái)

試驗(yàn)效果圖見(jiàn)試驗(yàn)驗(yàn)證報(bào)告。

3)試驗(yàn)結(jié)果

基于上述標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的比對(duì)分析，可以得出結(jié)論：依據(jù)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有硬件

條件，本項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)可以有效實(shí)施。

五、標(biāo)準(zhǔn)與其他國(guó)際、國(guó)外相關(guān)文件的關(guān)系

目前，國(guó)際上暫無(wú)關(guān)于光鐘性能要求或測(cè)試方法相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，本標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)

定的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)和測(cè)試方法均為國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中普遍采用的方法。

六、標(biāo)準(zhǔn)采用國(guó)際文件的情況說(shuō)明

經(jīng)檢索，國(guó)際上還沒(méi)有類似的標(biāo)準(zhǔn)，本標(biāo)準(zhǔn)未翻譯或采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

七、標(biāo)準(zhǔn)與其他法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)等的關(guān)系

本標(biāo)準(zhǔn)的制定參考了我國(guó)近些年在光鐘的發(fā)展所積累的經(jīng)驗(yàn)，在時(shí)間頻率計(jì)

量領(lǐng)域方面給出的術(shù)語(yǔ)引用了國(guó)內(nèi)外部分法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)，包括GB/T27418-2017測(cè)

量不確定度評(píng)定和表示，JJF1180-XXXX時(shí)間頻率計(jì)量名詞術(shù)語(yǔ)及定義，ISBN：

9787030448903計(jì)量學(xué)名詞.XXXX，對(duì)應(yīng)的國(guó)際文件為國(guó)際計(jì)量局發(fā)布的the

InternationalVocabularyofBasicandGeneralTermsinMetrology的最新版本，GB/T

XXXX-XXXX精密光頻測(cè)量中光學(xué)頻率梳性能參數(shù)測(cè)試方法，IEEEStd1139-

2009基本頻率和時(shí)間計(jì)量隨機(jī)不穩(wěn)定性物理量定義（IEEEStandardDefinitions

ofPhysicalQuantitiesforFundamentalFrequencyandTimeMetrology—Random

Instabilities）。

八、重大分歧意見(jiàn)的處理過(guò)程及依據(jù)

本標(biāo)準(zhǔn)在立項(xiàng)及各次討論會(huì)中，以及編寫討論中，沒(méi)有產(chǎn)生重大分歧。

九、對(duì)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施情況的說(shuō)明

本標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的領(lǐng)域是光鐘的科研及生產(chǎn)領(lǐng)域，建議急需按照標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)計(jì)劃時(shí)

間表實(shí)施。國(guó)際上正在準(zhǔn)備進(jìn)行國(guó)際單位制秒定義的修改，新的秒定義將以光鐘

為基礎(chǔ)，目前計(jì)劃在2030年進(jìn)行秒的重新定義，光鐘在未來(lái)時(shí)間頻率測(cè)量領(lǐng)域

將發(fā)揮重要的作用，光鐘的研制和生產(chǎn)在未來(lái)將有很大的成長(zhǎng)空間。本標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)

光鐘研制和生產(chǎn)過(guò)程，對(duì)于光鐘主要性能的評(píng)價(jià)提供了基本的參數(shù)和方法，便于

各種光鐘之間進(jìn)行比較，方便項(xiàng)目管理單位、研制單位、第三方檢測(cè)單位對(duì)項(xiàng)目

的質(zhì)量進(jìn)行控制，方便企業(yè)和用戶對(duì)商業(yè)化產(chǎn)品的性能進(jìn)行比較，促進(jìn)光鐘的研

究和生產(chǎn)領(lǐng)域的健康發(fā)展。

十、其他事項(xiàng)

無(wú)

《光鐘性能表征及測(cè)量方法》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)編寫工作組

2023年3月12日

附件：

《光鐘性能表征及測(cè)量方法》

實(shí)驗(yàn)測(cè)試報(bào)告

1.被測(cè)光鐘

準(zhǔn)備了一套用于光鐘分時(shí)間交替自比對(duì)頻率穩(wěn)定度測(cè)量任務(wù)所需的鍶原子

光晶格鐘，光鐘系統(tǒng)照片如圖1所示。

圖1被測(cè)光鐘的實(shí)物照片

2.測(cè)試設(shè)備

由于采用的是自比對(duì)方式，只需單臺(tái)光鐘，無(wú)須其它測(cè)試設(shè)備。比對(duì)數(shù)據(jù)

記錄在光鐘運(yùn)行的控制電腦中。

3.測(cè)試過(guò)程

中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院進(jìn)行根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)文檔第5.1.2.2節(jié)對(duì)光鐘進(jìn)行時(shí)間交替自

比對(duì)測(cè)試，用于計(jì)算頻率穩(wěn)定度。

光鐘在運(yùn)行時(shí)間序列上分為兩個(gè)鎖定運(yùn)行狀態(tài)，狀態(tài)a為低原子密度態(tài)，

狀態(tài)b為高原子密度態(tài)，通過(guò)改變藍(lán)MOT原子的裝載時(shí)間，設(shè)置不同運(yùn)行周

期的原子數(shù)來(lái)改變?cè)用芏?；被調(diào)制的原子數(shù)在狀態(tài)a時(shí)取值為，在狀態(tài)b

時(shí)取值為；狀態(tài)a的鎖定伺服器為，狀態(tài)b的鎖定伺服器為。在狀態(tài)a

的階段，把鐘激光頻率鎖定到原子躍遷上，伺服執(zhí)行器的輸出量為

，因此光鐘輸出頻率為，通過(guò)光鐘的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在鎖

定文件中記錄和；在狀態(tài)b的階段，把鐘激光頻率鎖定到

原子躍遷上，伺服執(zhí)行器的輸出量為，因此光鐘輸出頻率為

，也通過(guò)光鐘的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在鎖定文件中記錄和。

則單次測(cè)量的分時(shí)間交替自比對(duì)頻率差為

利用公式6和公式7進(jìn)行計(jì)算分時(shí)間交替自比對(duì)頻率穩(wěn)定度，此時(shí)光鐘輸

出頻率為429THz。

4.測(cè)試結(jié)果：

經(jīng)分時(shí)間交替自比對(duì)后，得到計(jì)算機(jī)記錄的聲光調(diào)制器頻率數(shù)據(jù)，分時(shí)間

交替自比對(duì)頻率差如圖2，計(jì)算后得到的分時(shí)間交替自比對(duì)頻率穩(wěn)定度如圖3。

圖2分時(shí)間交替自比對(duì)數(shù)據(jù)及頻率差

圖3分時(shí)間交替自比對(duì)頻率差的相對(duì)頻率穩(wěn)定度

5.附件數(shù)據(jù)

附件1：光鐘測(cè)控計(jì)算機(jī)采集的兩個(gè)不同運(yùn)行狀態(tài)下聲光調(diào)制器控制頻率記

錄文件。

目次

一、工作簡(jiǎn)況.................................................................3

（一）任務(wù)來(lái)源及協(xié)作單位................................................3

（二）制定背景..........................................................3

（三）主要工作過(guò)程......................................................4

（四）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)主要起草人及其所做的工作..................................4

二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則.............................................................6

（一）科學(xué)性和系統(tǒng)性....................................................6

（二）準(zhǔn)確性和完整性....................................................6

（三）可操作性..........................................................6

（四）標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象和范圍..................................................6

三、標(biāo)準(zhǔn)中主要技術(shù)內(nèi)容確定的依據(jù)和過(guò)程.......................................6

四、試驗(yàn)驗(yàn)證情況.............................................................7

五、標(biāo)準(zhǔn)與其他國(guó)際、國(guó)外相關(guān)文件的關(guān)系.......................................7

六、標(biāo)準(zhǔn)采用國(guó)際文件的情況說(shuō)明...............................................7

七、標(biāo)準(zhǔn)與其他法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)等的關(guān)系.......................................7

八、重大分歧意見(jiàn)的處理過(guò)程及依據(jù).............................................8

九、對(duì)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施情況的說(shuō)明.....................................................8

十、其他事項(xiàng).................................................................8

附件：......................................................................9

《光鐘性能表征及測(cè)量方法》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)編制說(shuō)明

一、工作簡(jiǎn)況

（一）任務(wù)來(lái)源及協(xié)作單位

2021年8月24日，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布《關(guān)于下達(dá)2021年第二批

推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)外文版計(jì)劃的通知》，下達(dá)了《光鐘性能表征及

測(cè)量方法》推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定任務(wù)，計(jì)劃號(hào)：20214287-T-469，項(xiàng)目周期24

月。本標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)量子計(jì)算與測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC578）提出并歸

口，由中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院、中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院、中國(guó)

科學(xué)技術(shù)大學(xué)、航天二院北京無(wú)線電計(jì)量測(cè)試研究所、中國(guó)信息通信研究院、航

天五院錢學(xué)森空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)儀量子（合肥）技術(shù)有限公司、深圳中國(guó)計(jì)量

科學(xué)研究院技術(shù)創(chuàng)新研究院、濟(jì)南量子技術(shù)研究院、北京長(zhǎng)城計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究

所等單位共同負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)起草。其中，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院為該標(biāo)準(zhǔn)起草工作的牽

頭單位。

（二）制定背景

時(shí)間頻率是所有物理量中測(cè)量不確定度水平最好的物理量，其他物理量的精

密測(cè)量都盡量轉(zhuǎn)換成時(shí)間頻率來(lái)測(cè)量。光頻標(biāo)的頻率不確定度已經(jīng)進(jìn)入E-18量

級(jí)，比目前的秒定義基準(zhǔn)銫頻標(biāo)好約兩個(gè)數(shù)量級(jí)。國(guó)際計(jì)量組織已經(jīng)推出“秒”

定義改為光頻標(biāo)的路線圖，并計(jì)劃于2026年正式討論光頻標(biāo)“秒”定義變更事

宜。光鐘是時(shí)間頻率領(lǐng)域內(nèi)不確定度指標(biāo)最高的測(cè)量?jī)x器，在未來(lái)的量子精密測(cè)

量中起到了參考的作用，為其他量子測(cè)量提供了精密測(cè)量的基礎(chǔ)。

目前國(guó)際上光鐘研究的發(fā)展速度很快，主要發(fā)達(dá)國(guó)家都在加緊光鐘的研制和

比對(duì)。國(guó)內(nèi)也有超過(guò)十個(gè)單位在進(jìn)行光鐘的研制，研制的光鐘的類型也不相同，

各個(gè)單位采用了各種指標(biāo)來(lái)說(shuō)明自己的光鐘的水平，雖然數(shù)值類似，但是表征的

能力卻有很大差別，對(duì)于評(píng)價(jià)光鐘的性能造成了很大的困難，例如，表述光鐘的

指標(biāo)出現(xiàn)了很多不同的指標(biāo)表述，如環(huán)內(nèi)伺服穩(wěn)定度、分時(shí)自比對(duì)穩(wěn)定度、獨(dú)立

光鐘互相比對(duì)穩(wěn)定度、同一光阱不同部分原子之間比對(duì)穩(wěn)定度、絕對(duì)頻率不確定

度、系統(tǒng)誤差的不確定度和相對(duì)不確定度等指標(biāo)，這些指標(biāo)在物理意義上有很大

的差別，不能混為一談，但是很多人在引用這些數(shù)字的時(shí)候，不清楚這些差別，

只比較數(shù)字，造成了很大的誤解。研究成果和產(chǎn)品也很難進(jìn)行直接性能的比較，

對(duì)于績(jī)效評(píng)價(jià)和采購(gòu)招標(biāo)等造成了很多的不便。

在表征光鐘性能指標(biāo)上，存在概念不清、指標(biāo)混用的問(wèn)題，亟待解決。為了

能夠比較不同的光鐘的性能，有必要澄清一些術(shù)語(yǔ)，對(duì)各種采用的指標(biāo)進(jìn)行說(shuō)明，

對(duì)測(cè)量方法進(jìn)行一些規(guī)定，使得測(cè)量給出的性能具有可比性，為未來(lái)時(shí)間頻率系

統(tǒng)中選擇不同光鐘應(yīng)用不同場(chǎng)合提供基礎(chǔ)，指導(dǎo)各個(gè)單位給出相同意義的參數(shù)，

促進(jìn)光鐘更好的應(yīng)用于時(shí)間頻率系統(tǒng)，進(jìn)一步推動(dòng)光鐘相關(guān)產(chǎn)業(yè)整體的發(fā)展。

（三）主要工作過(guò)程

項(xiàng)目啟動(dòng)至已經(jīng)進(jìn)行了3次工作會(huì)議，因受疫情影響，工作會(huì)議形式全部以

線上騰訊會(huì)議形式開展。會(huì)議主要內(nèi)容如下：

第一次會(huì)議（會(huì)議號(hào)：377620915）于2022年3月11日召開，會(huì)議介紹了

標(biāo)準(zhǔn)起草注意事項(xiàng)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)起草各階段工作進(jìn)行了初步安排，包括起草階段、征

求意見(jiàn)階段、審查階段、報(bào)批階段的時(shí)間安排與工作成果要求。會(huì)議對(duì)標(biāo)準(zhǔn)框架

和后續(xù)工作內(nèi)容進(jìn)行了介紹，提出標(biāo)準(zhǔn)的框架是否需要擴(kuò)展、如何包含企業(yè)研制

的應(yīng)用型光鐘、是否包括系統(tǒng)頻移不確定度評(píng)估、還需要增加哪些表征參數(shù)、參

數(shù)測(cè)量細(xì)化程度等問(wèn)題。與會(huì)專家針對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行了討論，確定了標(biāo)準(zhǔn)草案的

基本框架及編寫注意事項(xiàng)。

第二次會(huì)議（會(huì)議號(hào)：299838775）于2022年5月13日召開，會(huì)議介紹了

標(biāo)準(zhǔn)編寫核心組成員，提出標(biāo)準(zhǔn)框架主要由核心組進(jìn)行編寫。編寫內(nèi)容主要分為

術(shù)語(yǔ)和定義，光鐘功能和原理，光鐘性能表征三部分內(nèi)容，其中光鐘性能表征主

要包括頻率穩(wěn)定度，不確定度和運(yùn)行率三部分。經(jīng)與會(huì)專家就工作計(jì)劃與分工安

排討論后，對(duì)上述編寫內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)分工。

第三次會(huì)議（會(huì)議號(hào)：375606736）于2023年1月13日召開，會(huì)議介紹了

標(biāo)準(zhǔn)前期的編寫情況與工作內(nèi)容，介紹了已完成初稿的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容。與會(huì)專家就

草案內(nèi)容發(fā)表建議與看法，確定了后續(xù)需要完成的工作。

（四）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)主要起草人及其所做的工作

本標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院作為牽頭單位，由中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院、中國(guó)

科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、航天二院北京無(wú)線

電計(jì)量測(cè)試研究所、中國(guó)信息通信研究院、航天五院錢學(xué)森空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)

儀量子（合肥）技術(shù)有限公司、深圳中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院技術(shù)創(chuàng)新研究院、濟(jì)南

量子技術(shù)研究院、北京長(zhǎng)城計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所等單位共同負(fù)責(zé)起草。主要起草

人員及其工作如下表1：

表1標(biāo)準(zhǔn)起草人員及主要工作

序號(hào)單位主要工作

牽頭標(biāo)準(zhǔn)預(yù)研，負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)制定全面

工作，包括制定和推進(jìn)工作計(jì)劃、文

1中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院

件收集、提出標(biāo)準(zhǔn)整體框架和主要

技術(shù)內(nèi)容,參與討論提供意見(jiàn)建議

參與標(biāo)準(zhǔn)預(yù)研，起草標(biāo)準(zhǔn)與編制說(shuō)

中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技

2明，參與討論、提供意見(jiàn)和建議，對(duì)

術(shù)創(chuàng)新研究院

測(cè)試方法進(jìn)行修改

參與標(biāo)準(zhǔn)預(yù)研，起草標(biāo)準(zhǔn)與編制說(shuō)

3中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)

明，參與討論、提供意見(jiàn)和建議

航天二院北京無(wú)線電參與標(biāo)準(zhǔn)預(yù)研，起草標(biāo)準(zhǔn)與編制說(shuō)

4

計(jì)量測(cè)試研究所明，參與討論、提供意見(jiàn)和建議

參與標(biāo)準(zhǔn)預(yù)研，起草標(biāo)準(zhǔn)與編制說(shuō)

5中國(guó)信息通信研究院明，參與討論、提供意見(jiàn)和建議，提

供標(biāo)準(zhǔn)工作指導(dǎo)

6中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)參與討論、提供意見(jiàn)和建議

航天五院錢學(xué)森

7參與討論、提供意見(jiàn)和建議

空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)室

國(guó)儀量子（合肥）技術(shù)有限公

8參與討論、提供意見(jiàn)和建議

司

深圳中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院

9參與討論、提供意見(jiàn)和建議

技術(shù)創(chuàng)新研究院

10濟(jì)南量子技術(shù)研究院參與討論、提供意見(jiàn)和建議

11北京長(zhǎng)城計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所參與討論、提供意見(jiàn)和建議

二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則

（一）科學(xué)性和系統(tǒng)性

本標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的光鐘性能評(píng)價(jià)指標(biāo)和測(cè)試方法與我國(guó)近年來(lái)的量子精密測(cè)

量的發(fā)展和應(yīng)用緊密結(jié)合，吸納了國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域內(nèi)同行所積累的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，確保標(biāo)

準(zhǔn)內(nèi)容科學(xué)性和系統(tǒng)性，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)光鐘領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)空白。

（二）準(zhǔn)確性和完整性

本標(biāo)準(zhǔn)充分考慮了光鐘的不同工作原理和不同工作場(chǎng)景，所約定的術(shù)語(yǔ)適用

于不同的光鐘的性能評(píng)價(jià)和測(cè)試。本標(biāo)準(zhǔn)在約定性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試方法時(shí)充分

了現(xiàn)有的相關(guān)標(biāo)