国家授时中心的高性能CPT原子钟方案天文科研进展之光荣获中美两国多项发明专利授权
中国科学院国家授时中心的张首刚和云恩学研究员带领的团队，提出了高性能相干布居囚禁（CPT）原子钟创新的方案，这项成果获得了中国和美国多项发明专利的认可。基于CPT量子干涉效应，他们设计了一种被动型原子钟，通过省去微波腔，从而实现了既小巧又高性能的小型化芯片原子钟。这类设备在航空、航天、水下等领域至关重要，是欧美日俄等国家科技界紧密关注的焦点。在国内外，小型化芯片原子钟已经实现了极致缩小，但目前其频率稳定度还存在提升空间。
为了克服这一局限，研究团队提出了一种直接调制圆偏振光CPT构型，并成功实现了国际一流水平的频率稳定度指标，即3.6 E–13τ–1/2 (τ=4~200 s)。此基础上，又提出一种差分探测电磁感应透明（EIT）和电磁感应吸收（EIA）信号新构型，该方法不仅能够增强CPT信号幅度，还能有效抑制共模噪声，大幅提高鉴频信号质量。这些创新方案使得更高性能微小型CPT原子钟成为可能。
该团队提出的多个高性能CPT原子钟解决方案，将为深空探测、微纳卫星网络、高速通信、高精度无人机导航、大容量GNSS便携接收器以及水下资源勘探等需要精确时间且对体积重量功耗敏感应用提供关键技术支持。
图1展示了同时观察到的EIT和EIA信号，以及差分检测后的高信噪比CPT信号；图2显示了部分发明专利证书，包括美国发明专利1及2，以及中国发明专利授权证书。此外，该项目已获得中国与美国共计多项发明专利授权，其中包括：
"Double-Modulation Cpt Differential Detection Method and System" by Enxue Yun, Qinglin Li, Qiang Hao, Guobin Liu, Yuping Gao, Shougang Zhang (US Patent 11,507,025)
"cpt Phase Modulation and Demodulation Method and System" by Enxue Yun et al. (US Patent 11,463,097)
"双调制cPt 差分探测方法及系统" by 云恩学 et al. (Chinese Patent ZL202011168758.8)
"cPt 相位调制与解调方法及系统" by 云恩学 et al. (Chinese Patent ZL202011168735.7)
"连续式cPt 态制备与差分探测的方法及系统" by 张首刚 et al. (Chinese Patent ZL2021106795002)
这系列创新工作为未来科技发展奠定坚实基础，同时也推动了相关领域技术进步。