原子频标是原子频率标准的简称，它参考在原子分立能级间的量子跃迁，能提供非常稳定和准确的频率源。频率的倒数是时间，当原子频标被用于计时时，通常也称为原子钟。按照量子跃迁的频率（即工作频率）划分，原子钟可分为微波钟和光钟两大类。目前，微波钟已发展地非常成熟，并渗透到人类生活的各个方面，在诸如高速通讯、精确计时和卫星导航等领域发挥着重要的作用。而光钟作为新一代原子钟，凭借工作频率高的优势，性能预期远超微波钟，因而发展的潜力巨大，将极大满足人们对更高精度的时频应用需求。

实验室徐信业教授研究小组经过长期的努力，已建立两套冷镱原子光钟系统。在第一套系统中，他们对镱原子的奇同位素 ¹⁷¹Yb 依次进行两级冷却，由此获得的冷原子再被装载进“魔术波长”的一维光晶格的势阱中，此时对原子的钟跃迁进行钟探询不存在多普勒频移和光子反冲频移，晶格势阱引起的光频移也得到了极大的抑制。他们首先利用共振吸收的荧光减弱法获得了钟跃迁信号，相关成果发表在Chin. Phys. B 22, 090601(2013)。通过改变探测方案和优化实验条件，他们进一步提高了钟跃迁谱线的信噪比，观察到四条超精细结构跃迁并同时实现了对它们的量子操控，最后获得了线宽约6Hz的谱线，此成果发表在 Laser Phys. Lett. 12, 025501 (2015)。接着，他们又对冷镱原子碰撞频移进行了理论分析，成果发表在 Laser Phys. Lett. 12, 015501 (2015)。

近一年来，徐信业教授研究小组又在第二套光钟系统中获得了类似结果。随后，他们对两台光钟进行闭环锁定并完成了比对实验。同步比对的结果显示单台光钟的频率稳定度在1000秒左右已进入10^-17水平；通过对两台光钟进行比对，他们还对冷镱原子光钟频率不确定度进行了初步的评估，约为1.90^-16。相关研究成果最近受邀发表在《物理》45, 431 (2016) 和 AAPPS Bulletin 26, 10 (2016)。通过测量真空腔体的温度并借助有限元模拟，他们分析得出真空腔内冷原子附近环境温度，评估黑体辐射频移的不确定度为1.250^-17，这一成果发表在Chin. Phys. B 25, 103202 (2016)，并作为封面文章推介。

最近，他们正在努力把冷镱原子光钟频率不确定度降低到10^-17量级；同时正在建立一套可溯源到秒定义的频率参考系统，从而实现对冷镱原子光钟绝对频率的测量，向国际组织报数。

图(a)装置示意图；(b)钟跃迁谱线；(c)稳定度测量；(d)晶格光频移测量。