以匠心突破封鎖，他們穩穩守護北京時間

　　時間是保障經濟社會平穩有序運行的底層基石。坐落于西安臨潼的中國科學院國家授時中心（以下簡稱國家授時中心）承擔著我國國家標準時間（北京時間）的產生、保持和發播任務，而原子鐘則是產生國家標準時間的核心裝備。

　　國家授時中心光抽運小銫鐘研發團隊歷經多年持續攻關，實現了小銫鐘國產化，構成了國家標準時間自主化的關鍵一環。2025年，國家標準時間的主要性能及其對國際標準時間的貢獻權重均進入國際前列。近日，這個團隊榮獲中國科學院第七屆“科苑名匠”稱號。

　　破局：從零起步，打破國外技術壟斷

　　小銫鐘是基于銫原子束量子躍遷構建的一級頻率標準，能夠實時提供標準時間和標準頻率信號，具備長期自主守時能力，即使連續運行數萬年，誤差也不足1秒。

　　由于涉及多學科交叉、研制技術復雜、工藝門檻高，美國長期獨家把持著全球小銫鐘的技術與市場。

　　彼時，我國基礎材料、制造工藝與底層原子鐘理論研究均存在明顯短板，小銫鐘核心部件電子倍增器無法自主研發。國家標準時間產生系統等多個國家重大基礎設施，只能采購美國產品，嚴重受制于人。貿易摩擦后，美國政府以產品“出口威脅美國國家安全”為由，對我國徹底禁售磁選態小銫鐘，對其西方伙伴國家也施行出口管控。

　　這種“卡脖子”的困境，是國家授時中心主任、首席科學家張首剛創建小銫鐘團隊時就預見的情況。2009年，國家授時中心正式啟動激光抽運銫束原子鐘（以下簡稱光抽運小銫鐘）自主研發工作。那時他經常說，自主研發小銫鐘，不是“要不要”的選擇，而是“必須走”的道路。

　　“項目起步階段，專業人才匱乏、科研經費緊張，攻關之路異常艱難。”張首剛對《中國科學報》說。他帶領團隊反復計算論證，結合技術摸底和學科發展趨勢，提出了采用原子量子態激光制備與量子躍遷激光探測方案，研發光抽運小銫鐘。這不僅繞開了美國磁選態小銫鐘的專利壁壘，也為國產小銫鐘技術的可持續發展指明了方向。

　　這意味著，團隊必須攻克半導體激光器自動穩頻和長期自主可靠運行兩大難題。這是整個研發過程中最耗時、最棘手的瓶頸。

　　2010年剛過完春節，還在其他課題組的國家授時中心正高級工程師李孝峰被找來幫忙處理弱信號噪聲大的問題。后來他就留下來牽頭激光器電路研發重任，5年間幾乎全身心撲在項目上。

　　畫電路板、調試控制程序、優化運算算法，一遍遍試驗、一次次迭代打磨。李孝峰坦言，最緊張的時候，吃飯睡覺都在琢磨研發中的問題，有時候躺在床上，腦子里也在排查可能出現的差錯。

　　“就像爬一座百米高的山，不可能一下子蹦上去，只能一厘米一厘米往上挪，有時候還會倒退。”李孝峰這樣形容當年的研發歷程。

　　但再難李孝峰也不曾想過放棄，他每天想得最多的就是怎么把階段性問題解決了，“這項工作關乎國家需求，沒有退路，必須做成”。

　　歷經無數次試驗，張首剛帶領團隊攻克了一個又一個技術瓶頸，成功自研基于銫原子飽和吸收譜的半導體自動穩頻激光器，解決了原子量子態制備和量子躍遷探測難題。這項成果榮獲第二十三屆中國專利金獎，也為光抽運小銫鐘工程化奠定了基礎。

　　依托這項核心專利技術，2016年，團隊聯合國內時頻領域龍頭企業成都天奧電子股份有限公司、中國電子科技集團公司第十二研究所，成功研制出國際首款光抽運小銫鐘產品，核心指標全面超越美國禁運的磁選態小銫鐘。

　　如今，小銫鐘已實現批量生產，累計裝備超130臺。應用場景持續擴大，覆蓋國家標準時間產生、北斗導航、5G/6G通信、軌道交通、電力電網、金融等多個關鍵領域，并出口歐洲，徹底終結了國外技術壟斷，實現了北京時間底層核心技術自主可控。

　　攻堅：自研專用工具，啃下工藝“硬骨頭”

　　真空密封銫束管是小銫鐘的物理系統，銫原子束在束管內與靜磁場、微波場、激光相互作用，實現量子躍遷的激勵和原子頻率的提取。為深入挖掘光抽運小銫鐘性能潛力，推動國家授時體系高質量建設，團隊持續開展光抽運真空銫束管的自主攻堅。

　　然而，銫束管由上百種不同材料的零部件構成，設計與制造難度極大。裝配、密封、排氣、出銫、封離五大工藝環節環環相扣，任何一環出現偏差都將導致整套系統報廢。

　　2015年，有材料學科背景的國家授時中心工程師劉杰加入團隊，承擔銫束管工藝開發和專用工具自研的重任。真空封離是決定銫束管能否實現工程落地的最后一關。“一旦密封出現泄漏，前期幾個月的努力都會付諸東流，所有人都承受著巨大壓力。”劉杰說。

　　受應用場景限制，市面上沒有適配的商用工具，劉杰便查閱海量文獻、結合實操經驗，自主設計電動封離真空封口鉗。每次更換不同弧度刀頭開展測試，整個團隊都緊繃著神經。

　　經過上百次壓強、力度模擬試驗，這款自主研制的封口鉗成功攻克密封難題。如今，團隊已實現光抽運真空銫束管全流程自主研發，為小銫鐘性能迭代筑牢了核心技術與工藝根基。

　　科研從來沒有捷徑，小銫鐘的研發更是一場“持久戰”。團隊成員來自祖國各地，新鮮感褪去后，伴隨而來的是長期孤獨、枯燥與高強度的試驗，但始終沒人輕言退縮。在團隊負責人、國家授時中心研究員孫富宇看來，大家甘愿扎根相對偏遠的臨潼，數年如一日，背后既是對科研事業的熱愛，也是心懷家國、為國攻堅的使命擔當。

　　平日里，孫富宇總愛泡在實驗室里。機器運轉的轟鳴聲不絕于耳，各類管線交錯排布，可在他眼中，這些朝夕相伴的儀器設備都是并肩前行的老友。

　　高級工程師李超對此深有體會。“我們搞原子鐘研究，既要心懷目標，又不能急于求成，在刻意鉆研與順其自然之間找到平衡，才能把事情做好。”

　　融洽向上的團隊氛圍，也是攻堅克難的有力支撐。2023年，年輕的工程師胡旭文加入團隊。在她看來，團隊里沒有層級隔閡，有經驗的老師會主動帶新同事；遇到技術難題時，大家會圍坐在一起交流探討，共享文獻資源；工作壓力大的時候，大家會互相打氣，把個人遇到的難題變成團隊共同完成的任務。

　　周末需要值守實驗室、凌晨需要排查故障……每當這些緊急任務來臨時，總有人主動請纓。孫富宇感慨，正是這份凝聚力，讓團隊在漫長的研發路上堅持了下來。

　　前行：追求極致，精度永無止境

　　2025年10月，國家安全機關發布公告稱，2023年8月至2024年6月，美國先后啟用42款特種網攻武器，對國家授時中心實施高烈度攻擊，并伺機進一步滲透至高精度地基授時系統，試圖擾亂北京時間體系。

　　面對美國的網絡攻擊，團隊始終保持理性從容，在做好安全防備的同時，也專注于提升自身研發水平。“被國外盯上，說明我們的技術已經追平甚至具備了同臺競爭的實力。”張首剛告訴《中國科學報》，這份底氣源于自主研發的硬實力，更源于團隊追求極致、永不止步的科研信念。

　　在張首剛看來，給予做鐘的人“名匠”稱號，他發自內心地喜歡。“匠”從側面反映出團隊在日復一日的科研工作中精雕細琢、不斷攻關的過程。“這份榮譽，既是對團隊多年深耕小銫鐘技術的肯定，也激勵著我們步履不停、再攀高峰。”他表示，接下來團隊將持續技術創新、深挖產品性能，同時加快專利轉讓與成果轉化，讓核心技術在更多應用場景落地。

　　孫富宇補充道，團隊已儲備20余項授權專利技術，為新一代產品研發奠定了基礎。未來大家將堅守主業、守正創新，助力國家標準時間體系不斷優化。

　　張首剛原本計劃在臨潼待滿5年，完成項目研發、帶出科研隊伍便返回北京，如今卻已與國家授時中心深度綁定、難以割舍。

　　“這是機緣，更是責任。聽從國家安排，扛起科研使命，就是我們的本分。深耕科研提升專業能力，國家發展正好需要這個能力，這是科研人最大的價值。”現在，看著一批批青年科研骨干快速成長、獨當一面，張首剛滿是欣慰與驕傲。