摘要：近日，电子学院陈景标教授团队在超高分辨率角度测量研究领域方面取得了开创性进展，首次提出一种新型量子频率角度仪，将角度测量直接转换为频率测量，并可追溯到最精确的量子频率标准，建立起角度测量—量子频率标准—“米”和“秒”定义的溯源链，在精密制造、航空航天和前沿科学

近日，电子学院陈景标教授团队在超高分辨率角度测量研究领域方面取得了开创性进展，首次提出一种新型量子频率角度仪，将角度测量直接转换为频率测量，并可追溯到最精确的量子频率标准，建立起角度测量—量子频率标准—“米”和“秒”定义的溯源链，在精密制造、航空航天和前沿科学探索等领域的高精密微小角度测量需求方面具有重要意义。相关研究成果以“Quantum frequency goniometer utilizing frequency measurement of continuously tuned laser”为题，发表于AIP出版社旗下的学术期刊《Applied Physics Letters》，且被选为“Editor's Pick（编辑精选）”文章。

图1 论文截图

频率是迄今为止可测量的、最精确的物理量之一，早在1981年诺贝尔物理学奖得主Arthur Schawlow即强调了这个事实：“除了频率，永远不要测量任何东西”。近年来，量子物理学的进步推动了对基本单位定义的范式转变，从物理原型转移到量子频率标准，将物理量测量转换为频率测量，已经成为一种战略方法。传统的角度测量技术如自准直仪、干涉仪、惯性测量等受限于位移检测、转速漂移等因素,在分辨力上面临着固有的限制。为此，亟需开发更高分辨率的小角度测量技术，以满足未来更高精度和更复杂场景下的应用需求。

针对这一挑战，北京大学电子学院陈景标教授课题组提出了一种基于激光频率测量的角度测量新方法——量子频率角度仪。激光频率对干涉滤波器旋转角度的高灵敏度，将角度信息转化为频率信息。系统通过干涉滤光片与角锥阵列的联合设计，使激光频率与旋转角度精确耦合，并利用IF-ECDL（基于干涉滤波器的外腔激光器）实现了无跳模的连续频率调谐。理论分析表明，该方法的角度分辨率可达0.0001角秒，较传统方法提升了一个数量级以上，极大拓宽了小角度高分辨测量的应用边界。

图2 量子频率角度仪的频率特性和实验装置图

团队搭建的实验系统成功实现了±20°范围内的激光连续调谐输出，实验结果与理论预测高度吻合，验证了量子频率角度仪的可行性与系统稳定性。该系统在小角度测量中的高分辨率表现，为高精度设备标定、精密工程、航空航天以及量子精密测量等领域提供了全新解决方案。

图3 量子频率角度仪的连续调谐特性

该研究工作由北京大学电子学院陈景标教授、潘多副研究员和南京邮电大学通信与信息工程学院青年教师常鹏媛合作完成，论文第一作者为常鹏媛，共同研究人员还包括南京邮电大学硕士生李昊天和钟浩然。这项研究得到了“量子科学与技术创新”重大项目、江苏省自然科学基金、江苏省“双创博士”项目、北京市科技新星计划以及温州重大科技创新重点项目的支持。

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