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近日，中国计量科学研究院量子部主任钱进，因在建立国家长度基准中做出突出贡献而成为享受国务院特殊津贴的专家。那么，建立我国新一代国家长度基准有何重大意义？我国计量工作者为此付出了哪些艰辛？2004年12月26日，记者专程进行了采访。
钱进兴奋地告诉记者说，作为国家长度基准的633ｎｍＨｅ－Ｎｅ激光稳频装置，对外代表国家参加国际关键比对，保证其国际一致性；对内开展检定、校准和检测等量值传递，
是我国长度量值溯源的基准。
在研究新一代长度国家基准的过程中，体现这种设计思想的碘分子稳频激光系统和兰姆凹陷稳频激光系统已被用于多种精密测量仪器中。这标志着高精度稳频激光系统的研究已经进入实用阶段。
这看似简单的633ｎｍＨｅ－Ｎｅ激光稳频装置，却让我国计量工作者付出了数十年的努力。空白80年
人们知道，长度单位米是基本单位之一。关于长度单位米，历史上曾先后有过3次不同的定义。1889年，在第一届国际计量大会上通过的米定义为：米的长度等于铂铱合金国际米原器两端中间刻线间的距离。
这样的米定义，复现量值的不确定度只能保持在1．1×10－7。
迈克尔逊干涉仪的发明，导致米定义从机械长度标准向光学长度标准的过渡。世界上第一台激光器出现同样是基于能级跃迁的原理所产生的辐射光源，因其突出的优点，立即引起了人们极大的兴趣。1983年第十七届国际计量大会作了最新的一次修改，将米定义为：米是光在真空中在1／299792458秒时间间隔内所传播的程长。
由于频率（或波长）稳定的激光光源其频率（或波长）具有极高的稳定度和复现性，完全能够满足复现米定义的要求，因此，在现行米定义的复现过程中，作为波长基准装置的稳频激光系统扮演了十分重要的角色。目前，在世界范围内，现行有效的激光波长基准共有12个。其中，127Ｉ2饱和吸收稳频633ｎｍ激光波长标准是我国和国际上目前最重要的也是使用频度最高的波长标准。
据钱进介绍，米的3次不同定义反映了不同历史时期科学技术的发展水平，体现了经典物理、近代物理和现代物理研究的最新成果，同时勾画出了长度计量基准从实物基准向自然基准变更并提高的历史轨迹。然而，令人遗憾的是，由于国力贫弱和技术的落后，当国际计量大会向全世界公布前两个米定义时，对于前者，中国没有条件实施，对于后者，只能凭借进口设备开展工作。也就是说，在长度单位米存在的近80年的时间里，中国实际上没有自己研制的长度基准。追赶世界的脚步
20世纪60年代，中国计量科学研究院开始对长度基准进行研究，我国长度基准研制开始起步。经历了最初的Ｈｅ－Ｎｅ激光器器件研制，一次谐波稳频系统的研制，并用所掌握的技术将激光频率稳定到激光增益轮廓的极大值点（兰姆凹陷激光出现之前），极小值点（兰姆凹陷点），氖分子饱和吸收峰，甲烷分子饱和吸收峰等过程后，时光进入20世纪70年代，我国计量科研人员开始进行碘分子饱和吸收和三次谐波稳频技术稳定633ｎｍ激光波长的研究课题，目的是建立中国的国家长度基准。到了70年代末，碘分子饱和吸收稳频激光系统完成研制，中国成为世界上较早掌握这种技术并拥有这种激光系统的国家之一。这意味着中国凭借自身的力量结束了这段没有长度基准的历史。
令人欣喜的是，在此基础上，不仅在基准激光方面相继完成了甲烷分子饱和吸收的3．39μｍ波长基准、碘分子饱和吸收的612ｎｍ波长标准、640ｎｍ波长标准等，还开发了应用于长度计量方面的633ｎｍ兰姆凹陷稳频激光系统，应用于光通讯方面的1．5μｍ塞曼效应稳频激光系统等。
此后，在80年代、90年代通过与德国ＰＴＢ的交往、合作和世界银行贷款的支持，相继开展了633ｎｍ波长基准的技术改造和543ｎｍ波长基准的建立等课题的研究在稳频激光系统的研制，长度基准的日常维护和技术改进的过程中，逐步形成了自己的技术特点。载入史册的成绩
进入20世纪90年代以来，633ｎｍ稳频Ｈｅ－Ｎｅ激光被广泛使用。除了在传统意义上用于计量标准的目的外，也开始进入到一些有特殊精度要求的测量系统中。虽然与其他种类的稳频激光相比，碘稳频激光的计量技术性能更为优越，但是结构复杂，操作困难。针对这一情况，计量工作者在设计新的碘稳频激光系统时，无论是在机械结构还是在电路设计上，都有了创新。
新的碘稳频激光系统在结构上主要由激光器和频率伺服系统两部分组成。实验室自行研制组成激光器的增益管和碘室。
为了解决激光支架的可调性和稳定性的矛盾，钱进和同事们反复摸索、设计出了独特的激光支架采用双层刚性结构，即辅助支架和主体支架相结合的结构。这种结构增加了调节端的接触面积，降低了压强，从而减小了机械变形及不稳定因素。
根据碘稳频633ｎｍＨｅ－Ｎｅ激光器的工作特性而设计的伺服系统中的数字逻辑电路和相关的模拟电路，它所提供的激光工作状态的自动搜索和碘吸收峰的主动识别的特殊功能，使基准装置一改沿用了近20年的传统操作模式，对激光器的工作状态不需要人为的判断，避免了复杂的操作程序。
我国计量科研人员还自主研发了基准中的重要器件。目前，有关Ｈｅ－Ｎｅ激光稳频系统中涉及到的所有技术关键都能在我国计量院的实验室内得到解决，碘稳频激光系统整机和系统中的一些重要器件，比如Ｈｅ－Ｎｅ激光增益管、碘分子吸收室等，还提供给了德国、西班牙、日本和朝鲜等国家。系统建立后所开展的激光波长校准的服务范围不仅扩展到港澳台地区，还扩展到越南、朝鲜、泰国等周边国家。
更多的专业术语、专业技术也许不好理解，但我国长度基准不仅实现了零的突破，而且跃居国际先进水平，这一点已经载入史册。
作者：本报记者 王娅莉
（来源：本站原创）
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