记“碘稳频532nm光学频率标准”项目组组长臧二军

超越

——记“碘稳频532nm光学频率标准”项目组组长臧二军

    个人简介

    臧二军，1955年生，1980年毕业于清华大学无线电系激光专业，北京理工大学光电工程系光电子专业博士。1994年至今在中国计量科学研究院电学与量子计量研究所做研究工作。他作为项目组组长和组员们经过多年研究完成的“碘稳频532nm光学频率标准”项目获得了2008年度国家科学技术进步二等奖。

    2009年1月9日，国家科学技术奖励大会在人民大会堂举行，中国计量科学研究院的“碘稳频532nm光学频率标准”项目荣获国家科技进步二等奖。一阵阵热烈的掌声不仅表达着人们对科研成果的肯定，更表达着对这项成果所带来意义的赞许——碘稳频532nm光学频率标准的建立创造了目前可见光波段内分子光频标的最高稳定度，使我国在该领域的计量技术达到了国际领先水平，为先进制造业和国民经济多个领域提供了更准确的溯源服务和计量保障。掌声的背后，是该项目组组长臧二军和他的团队“十年磨一剑”的奋斗历程。

    估不透的能量

    深蓝色工作服，清瘦的面孔，说话平和，工作全身心投入——这是计量院光频标与光电子研究室的成员们所熟悉的臧二军。他有着敏捷的思维，却会在考虑成熟后说出自己的看法；他可以在实验室一呆就是一整天，也曾经乘着公车大汗淋漓地一遍又一遍去设计所修改模型；他会毫不犹豫地把可行但不完美的结果推翻重做，从来没停止过思考下一个问题……这位组长带着他的组员们一起，以科研工作者特有的严谨、创新与耐心攻克了一个个难关，不断冲向新的科技高峰。

    随着科技的发展，光频标成了新一代时间频率标准的研究热点，上世纪90年代，世界上对光频标的研究达到了10-11到10-13量级的准确度，使长度单位“米”进行了重新定义，实际上成为时间单位秒的“导出单位”。碘稳频532nm光学频率标准的研究是国际上以量子物理为基础的计量技术前沿，在国际上只有少数发达国家才具有。来自国外的报道吸引了臧二军的注意，专业敏感让刚刚在计量院工作不久的他展开了这方面的探索，也开始了艰苦而漫长的日子。

    十多年前的科研条件无法与现在相比：没有像样的实验室，也没有足够的资金，一切都要自己动手，甚至为了材料东奔西走。臧二军面临的第一个难题就是作为装置中关键部件的激光器——国外实验室通常是直接购买商业化激光器，但每个40万的价格对于当时的研究经费来说是天文数字。“不如做我们自己的激光器，用我们的技术力量把它研制出来，还要让它最稳定，比商业的激光器更适合做光频标！”他与拍档曹建平商量，在完全没有资料的情况下，凭着技术知识开始了尝试。

    他们用泡沫塑料做成激光器模型，再进行一步步修改，设计所的加工师傅们开始都束手无策——这个东西太精密了，技术含量太高！为了达到最稳定的效果，他们在调试中不断进行着改动，甚至将之前的原型全部重做。

    每次需要做修改时，臧二军就坐着公车不断往返于实验室和设计所之间，久而久之，司机都能认出他来。功夫不负有心人，他们自行设计的半非平面单块固体激光器既能保持光学加工中有较宽的加工可释放公差，又具有较低的单向运转最小磁场需求，可同时输出高稳定度低噪声的红外和可见激光，性能上远远超过了外购和同行的激光器。就是这个“最好的激光器”用于碘稳频532nm光学频率标准装置作为超稳定高抗光干扰的光源。

    创新无极限

    臧二军有着一套自己的研究方法，那就是深入到整个研究过程中，一边学习一边钻研，不断发现问题并去改进，在错综复杂的情况里抓住主要问题和关键，敢于一次次推翻之前的结果重来，直到得出最佳效果。

    在激光器不断完善同时，“碘稳频532nm光学频率标准”项目在科技部、自然基金委、国家质检总局的共同支持下自2003年正式启动，臧二军作为项目组组长和组员们开始了新一轮的探索。

    科研工作需要耐得住寂寞，也要相信自己，不怕质疑。臧二军经常说的一句话就是“要做就做得更好一点。”每一步的前进，都是建立在无数次的挫折上，而在这个复杂精密的装置中，更需要考虑到各种光学元件和因素，如光路、气压、发散角……每当遇到调整后的结果不理想时，他心里都会感叹“真是个恐怖的数据”，然后不甘心地去继续尝试，有时候一做就是一宿。在国外的装置中，碘吸收室都做得很长，不仅加工困难，而且体积巨大。为了做得更好，他想到了折叠光路，又开始新的尝试和操作……

    时间飞逝，“恐怖的数据”成为了历史，一个个闪光的创新呈现了出来：通过空间光路的设计，实现了相当于4倍碘室长度的实际吸收长度，在0.45米的碘吸收室上，获得了1.8米的吸收长度，降低了吸收谱线宽度，从而提高了信噪比；发现外界气压变化引起激光频率突跳，对单块激光晶体设计了特定的密封隔离装置，以彻底根除气压抖动带来的频率不稳定影响；以调制转移光谱技术作为稳频方法，并在电光相位调制之后，采用主动反馈方式抑制一阶剩余幅度调制，同时消除高阶剩余幅度调制的变化。以这些方法和技术为核心技术措施，实现激光频率在碘分子超精细成分上的高稳定度和高可靠性锁定。

    通过3年的努力，项目组成功实现了1秒优于3×10-14频率稳定度指标和千秒/万秒优于5×10-15指标，其中1秒频率稳定度超过国际上已报道的最好结果，万秒频率稳定度为国际上首次给出。通过飞秒光梳测得的532nm激光绝对频率值最接近国际推荐值。上述指标和结果创造了目前可见光波段内分子光频标的最高稳定度，位于国际先进水平的前列，填补了我国长度基准532nm光频标的空白。

    如今，该频标已成功用于我国计量科学研究领域，特别适用于对激光频率质量，频率控制和调谐范围有较高要求的计量科研领域，如精密干涉测量、重力测量、引力波探测以及基本物理常数的精密测量等方面的研究，并为基于光频的新一代时间频率基准及其测量研究提供了技术支撑。

    进击不停留

    在臧二军的带动下，研究室形成了严谨认真、精益求精、互相启发、团结合作的科研风气，而他“任何事情都不要放过小环节”的科研态度也被年轻的科技人员学习。他不是个怕问题的人，因为发现问题有一个好处，就是能把技术成果和思想用在新的研究课题上。他总对年轻人说：“在做一件事情之后不要总是停留在一个地方，而要思考下一个问题，科技进步快速，我们要一边学一边做。”

    目前，臧二军已经全力以赴投入到光钟项目，这也是计量院承担国家科技支撑项目中的一个重要课题。德国诗人布莱希特曾说过：“科学的界限就像地平线一样，你越接近它，它就挪得越远，这种不断的接近是永远不会停止的。”臧二军和他的团队就是在这样的不断接近中挑战已有的界限，在科学的道路上洒下汗水和光芒。