–看偏振模色散的时间测量精度如何
昨天早上看到凤凰网站介绍了天宫二号的一个重要实验项目，空间冷原子钟实验。据说可以将目前的时间测量精度再提升1-2个数量级，达到1fs（飞秒）到0.1fs精度（1fs精度对应了约3千万年误差一秒的量级），也是世界首次啊。不过几处报道稍有矛盾，尚不能确定哪里有误。
最近一直忙着2016版拍长测试仪的校准检验、交付验收工作，并于上周一顺利完成交付验收工作。多项改进提升且待下回分解了。不过更紧迫的是，在校准检验测量时，竟然意外发现，一轴500米光纤两端的拍长差达到了0.7mm的量级，一端1.77mm，另一端为2.47mm，数十次的验证，原来不是仪器的问题。在光纤陀螺环圈采用极其复杂的绕制方法，以保证其光路的互易时，光纤本身结构的非互易，是否已经完全抵消了四极、八极对称绕制所追求的效果。是否也正是我国高精度光学陀螺，在温度实验上迟迟不能突破的一个原因呢？尽管，近期也听到了关于我国高精度光纤陀螺存在问题的一个原因，也是光纤的不均匀所致的观点。但长久以来，认为保偏光纤的拍长参数，对光纤陀螺性能影响不大的观点依然普遍。虽然这些年来我们一直坚持，保偏光纤的拍长是光纤陀螺环圈的重要参数。目前看来，更要进一步定下标准，高精度光纤陀螺环圈两端拍长的一致性应该要小于1%以下的水平，或者更高？不过这需要实验的验证和支持。
提到保偏光纤拍长的测量，采用偏振模色散（PMD）法，和压力法测量保偏光纤拍长的方法依然同时存在。尽管我们看到包括长飞在内的保偏光纤生产企业等，已经从PMD法改为了压力法拍长测试。而且压力法保偏光纤拍长测试也具有更高的重复性和稳定性。此前我们也听到过采用PMD法测量保偏光纤拍长不准的抱怨，也实测对比了PMD法和压力法拍长测量结果的差别。我们发现通常的结果，PMD法的比压力法的结果，在2mm拍长量级，要小0.3-0.2mm左右。而有些PMD法的测量结果可以用失准评价了。并且当我们了解到有的PMD法与压力法的测量结果差达到了30%。似乎有责任，进行更详细的追究了。
目前看来，压力法拍长测试，可以说实现了保偏光纤拍长的准确测量。也可算作是保偏光纤拍长的直接测量！对保偏光纤生产企业，越高精度的测量更有利于生产工艺的掌控。特别是拍长一致性的把握，更是衡量一个保偏光纤生产企业水平的指标。对光纤陀螺环圈用户，则需要进行产品验收，以保证光纤级别光路的互易性。我们一直认为，我国的高精度光纤陀螺的可能存在一种本质的未理解的缺陷。不知道，1km光纤两端的拍长不一致，或不一致到何种程度将成为问题，我们期待光纤陀螺厂家的深入研究。
因此，当今天看到，天宫二号的冷原子钟实验，确有适逢其时的感觉。关于时间的测量，人类生活至今，电子计时的开始，石英钟的普及是有划时代意义的。使人类基于时间的测量水平提升了数个量级，时间也已经成为测得最准的单位之一。也因此，能够进行更高精度测量的首选方案，通常通过向时间测量转变可以实现。例子很多。除此之外，话说我们也已经关注20多年的另一个，可以改变计量水平的关键物理量就是温度了。这也是我们近年投入相当精力研究的原因之一，目前我们已能够实现0.001度温度重复性的测量。也可以说基于此，我们的光功率测量水平才达到了10fW稳定测量的结果。不过这也是题外话题了。
记得在95年开始保偏光纤的测量工作，落后的拍长测试方式，印象很深。有种如此何以进步的感叹。从2001年开始进入光学领域，又结合从事多年的保偏光纤研究生产管理工作，对光纤中的偏振态及其在邦加球上的图示，还是进行了不少的研究。由于正好发挥了本人在软件编程方面的特点，图文并茂地解释，对感兴趣者一定会有很多帮助。在2005年，开始进行保偏光纤拍长测试仪的研发时，我们当然不可能把偏振模色散PMD法作为首选的。因为计量的原则是简单、可靠、易校准、费用低。压力法拍长测试，当仁不让啊。十多年的研究，目前我们掌握着2个授权发明专利的技术本质，而且，新的创新技术也正在专利申请中。实际的结果，也证明了一切。德逸时代科技专业的保偏光纤压力法拍长测试，也是大家的首选。
用点数据吧。检索发现，用于保偏光纤拍长测量的PMD法测量设备，其标称的PMD测量精度在1%到2%的水平。进一步分析，PMD法保偏光纤拍长测量，在使用4m保偏光纤测量时，可靠分辩到小数点后两位的拍长结果，如2.01mm，其时延差在10ps（皮秒）量级，需达到10.01ps的可分辨测量。也就是需达到千分之一，10fs的可分辨测量。10fs可分辨，当下可能已不是难题，但10fs精度保证，特别是长期保证一定困难得很！天宫二号，要实现的1-2个数量级的提升，达到1fs精度，当下我们够得着的计量标准，能达到10fs精度可能已经不易。更严重的问题是，那个1%到2%的精度，可是满量程（150ps）精度的吧，到了十分之一量程以下，如果你要用于计量，那是一定要问清楚，如何保证，又是如何计量的。否则30%的误差，也许并不意外。此外，除了购买仪器的近三十万元，每年的校准估计也是一笔不小的开支。
工具是生产能力和生产水平的第一要务!中国做得越来越好了。
祝愿天宫二号一切顺利！祝各位2016中秋节愉快！
德逸时代科技，张德生，2016年9月15日