科研进展国家授时中心的高性能CPT原子钟方案既获得了中美两国的青睐也荣获了多项发明专利授权
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，提出了一个具有原创性质的高性能相干布居囚禁（CPT）原子钟方案，该方案在中国和美国获得了多项发明专利授权。该团队基于CPT量子干涉效应，设计了一种被动型原子钟，这种设计省去了大体积微波腔，从而实现了火柴盒大小的小型原子钟和更小体积的微型原子钟，即芯片原子钟。这些芯片原子钟是航空、航天、水下等领域不可或缺的时间频率信号产生器，是欧美日俄等国家研发重点。我国也成功实现了世界最小芯片原子的开发。但目前，频率稳定度性能仍需提升，有待进一步优化。
为了达到这一目标，研究团队提出了一种直接调制圆偏振光CPT构型，并实现了国际一流级别的频率稳定度指标：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，以实现CPT信号幅度倍增并抑制系统共模噪声，大幅提升鉴频信号信噪比。这一创新方案有望开发出更高性能的小型化CPT原子钟。
该团队提出的多个高性能CPT 原子锁解决方案，将为深空探测、微纳卫星编队组网、高速通信、无人机巡航、GNSS便携接收机及水下资源勘探等需要精密时间且对体积重量功耗敏感应用提供解决策。
图1展示了同时观察到的EIT与EIA信号以及差分CPT信号；图2则展示了部分发明专利证书，其中包括美国发明专利1和2，以及中国发明专利。
此外，该研究已获得中国及美国多项发明专利授权，如“DOUBLE-MODULATION CPT DIFFERENTIAL DETECTION METHOD AND SYSTEM”、“CPT PHASE MODULATION AND DEMODULATION METHOD AND SYSTEM”、“双调制CPT差分探测方法及系统”、“连续式CPT态制备与差分探测方法及系统”，分别以US Patent 11,507,025, US Patent 11,463,097,ZL202011168758.8 和ZL2021106795002进行登记发布。此类技术革新将推动相关领域技术发展，为社会经济带来更多益处。
