近日，中國計量科學研究院量子部主任錢進，因在建立國家長度基準中做出突出貢獻而成為享受國務院特殊津貼的專家。那么，建立我國新一代國家長度基準有何重大意義？我國計量工作者為此付出了哪些艱辛？２００４年１２月２６日，記者專程進行了采訪。 錢進興奮地告訴記者說，作為國家長度基準的６３３ｎｍＨｅ－Ｎｅ激光穩頻裝置，對外代表國家參加國際關鍵比對，保證其國際一致性；對內開展檢定、校準和檢測等量值傳遞，是我國長度量值溯源的基準。 在研究新一代長度國家基準的過程中，體現這種設計思想的碘分子穩頻激光系統和蘭姆凹陷穩頻激光系統已被用于多種精密測量儀器中。這標志著高精度穩頻激光系統的研究已經進入實用階段。 這看似簡單的６３３ｎｍＨｅ－Ｎｅ激光穩頻裝置，卻讓我國計量工作者付出了數十年的努力。 空白８０年 人們知道，長度單位米是基本單位之一。關于長度單位米，歷史上曾先后有過３次不同的定義。１８８ ９年，在第一屆國際計量大會上通過的米定義為：米的長度等于鉑銥合金國際米原器兩端中間刻線間的距離。 這樣的米定義，復現量值的不確定度只能保持在１．１×１０－７。 邁克爾遜干涉儀的發明，導致米定義從機械長度標準向光學長度標準的過渡。 世界上第一臺激光器出現同樣是基于能級躍遷的原理所產生的輻射光源，因其突出的優點，立即引起了人們極大的興趣。１９８３年第十七屆國際計量大會作了最新的一次修改，將米定義為：米是光在真空中在１／２９９７９２４５８秒時間間隔內所傳播的程長。 由于頻率（或波長）穩定的激光光源其頻率（或波長）具有極高的穩定度和復現性，完全能夠滿足復現米定義的要求，因此，在現行米定義的復現過程中，作為波長基準裝置的穩頻激光系統扮演了十分重要的角色。目前，在世界范圍內，現行有效的激光波長基準共有１２個。其中，１２７Ｉ２飽和吸收穩頻６３３ｎｍ激光波長標準是我國和國際上目前最重要的也是使用頻度最高的波長標準。 據錢進介紹，米的３次不同定義反映了不同歷史時期科學技術的發展水平，體現了經典物理、近代物理和現代物理研究的最新成果，同時勾畫出了長度計量基準從實物基準向自然基準變更并提高的歷史軌跡。然而，令人遺憾的是，由于國力貧弱和技術的落后，當國際計量大會向全世界公布前兩個米定義時，對于前者，中國沒有條件實施，對于后者，只能憑借進口設備開展工作。也就是說，在長度單位米存在的近８０年的時間里，中國實際上沒有自己研制的長度基準。 追趕世界的腳步 ２０世紀６０年代，中國計量科學研究院開始對長度基準進行研究，我國長度基準研制開始起步。經歷了最初的Ｈｅ－Ｎｅ激光器器件研制，一次諧波穩頻系統的研制，并用所掌握的技術將激光頻率穩定到激光增益輪廓的極大值點（蘭姆凹陷激光出現之前），極小值點（蘭姆凹陷點），氖分子飽和吸收峰，甲烷分子飽和吸收峰等過程后，時光進入２０世紀７０年代，我國計量科研人員開始進行碘分子飽和吸收和三次諧波穩頻技術穩定６３３ｎｍ激光波長的研究課題，目的是建立中國的國家長度基準。到了７０年代末，碘分子飽和吸收穩頻激光系統完成研制，中國成為世界上較早掌握這種技術并擁有這種激光系統的國家之一。這意味著中國憑借自身的力量結束了這段沒有長度基準的歷史。 令人欣喜的是，在此基礎上，不僅在基準激光方面相繼完成了甲烷分子飽和吸收的３．３９μｍ 波長基準、碘分子飽和吸收的６１２ｎｍ波長標準、６４０ｎｍ波長標準等，還開發了應用于長度計量方面的６３３ｎｍ蘭姆凹陷穩頻激光系統，應用于光通訊方面的１．５μｍ塞曼效應穩頻激光系統等。 此后，在８０年代、９０年代通過與德國ＰＴＢ的交往、合作和世界銀行貸款的支持，相繼開展了６３３ｎｍ波長基準的技術改造和５４３ｎｍ波長基準的建立等課題的研究在穩頻激光系統的研制，長度基準的日常維護和技術改進的過程中，逐步形成了自己的技術特點。 載入史冊的成績 進入２０世紀９０年代以來，６３３ｎｍ穩頻Ｈｅ－Ｎｅ激光被廣泛使用。除了在傳統意義上用于計量標準的目的外，也開始進入到一些有特殊精度要求的測量系統中。雖然與其他種類的穩頻激光相比，碘穩頻激光的計量技術性能更為優越，但是結構復雜，操作困難。針對這一情況，計量工作者在設計新的碘穩頻激光系統時，無論是在機械結構還是在電路設計上，都有了創新。 新的碘穩頻激光系統在結構上主要由激光器和頻率伺服系統兩部分組成。實驗室自行研制組成激光器的增益管和碘室。 為了解決激光支架的可調性和穩定性的矛盾，錢進和同事們反復摸索、設計出了獨特的激光支架采用雙層剛性結構，即輔助支架和主體支架相結合的結構。這種結構增加了調節端的接觸面積，降低了壓強，從而減小了機械變形及不穩定因素。 根據碘穩頻６３３ｎｍＨｅ－Ｎｅ激光器的工作特性而設計的伺服系統中的數字邏輯電路和相關的模擬電路，它所提供的激光工作狀態的自動搜索和碘吸收峰的主動識別的特殊功能，使基準裝置一改沿用了近２０年的傳統操作模式，對激光器的工作狀態不需要人為的判斷，避免了復雜的操作程序。 我國計量科研人員還自主研發了基準中的重要器件。目前，有關Ｈｅ－Ｎｅ激光穩頻系統中涉及到的所有技術關鍵都能在我國計量院的實驗室內得到解決，碘穩頻激光系統整機和系統中的一些重要器件，比如Ｈｅ－Ｎｅ激光增益管、碘分子吸收室等，還提供給了德國、西班牙、日本和朝鮮等國家。系統建立后所開展的激光波長校準的服務范圍不僅擴展到港澳臺地區，還擴展到越南、朝鮮、泰國等周邊國家。 更多的專業術語、專業技術也許不好理解，但我國長度基準不僅實現了零的突破，而且躍居國際先進水平，這一點已經載入史冊。