中國(guó)原子鐘行業(yè)前景展望

中國(guó)原子鐘行業(yè)前景展望一、原子鐘行業(yè)概述原子鐘是現(xiàn)代量子力學(xué)和電子學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，它利用原子不同能級(jí)之間躍遷所發(fā)射或吸收的電磁波頻率作為標(biāo)準(zhǔn)，具有高準(zhǔn)確和高穩(wěn)定的特點(diǎn)。根據(jù)原子鐘里的元素主要分為氫原子鐘、銣原子鐘、銫原子鐘；根據(jù)原子鐘裝置技術(shù)，一般常用的原子鐘包括：冷原子噴泉鐘、原子光鐘、CPT原子鐘（相干布居囚禁原子鐘）等。其中CPT原子鐘符合小型化趨勢(shì)，是未來(lái)最具產(chǎn)業(yè)前景的原子鐘。原子鐘隸屬于時(shí)間頻率行業(yè)，原子鐘行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈上游包括電子元器件制造業(yè)和金屬制品業(yè)等，下游主要應(yīng)用于衛(wèi)星導(dǎo)航、軍工、通信等領(lǐng)域。二、原子鐘行業(yè)現(xiàn)狀分析原子鐘最初本是由物理學(xué)家創(chuàng)造出來(lái)用于探索宇宙本質(zhì)的，他們從未想過(guò)這項(xiàng)技術(shù)有朝一日竟能應(yīng)用于全球的導(dǎo)航系統(tǒng)上。據(jù)中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，2020年中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值達(dá)4033億元，同比增長(zhǎng)16.9%。目前世界上最準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)工具就是原子鐘，于20世紀(jì)50年代出現(xiàn)。近年來(lái)我國(guó)原子鐘產(chǎn)量持續(xù)增長(zhǎng)，2020年中國(guó)原子鐘行業(yè)產(chǎn)量達(dá)0.85萬(wàn)套，較2019年增長(zhǎng)21.43%。2014至2020年期間，我國(guó)原子鐘行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模由4.84億元穩(wěn)步增長(zhǎng)至6.67億元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為5.5%、三、原子鐘行業(yè)主要生產(chǎn)廠商總體上看我國(guó)目前在高端原子鐘市場(chǎng)正處于國(guó)產(chǎn)替代的初級(jí)階段。世界上只有少數(shù)國(guó)家能批量生產(chǎn)原子鐘。銫原子鐘主要由國(guó)外的Symmetricom公司和OSA公司生產(chǎn)，實(shí)行出口管制；銣鐘是目前批量生產(chǎn)最大和應(yīng)用最廣泛的原子鐘產(chǎn)品，能批量生產(chǎn)銣鐘的國(guó)家包括美國(guó)、瑞士、俄羅斯和中國(guó)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)充分。隨著國(guó)內(nèi)制造商對(duì)銣鐘的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，國(guó)內(nèi)軍民用領(lǐng)域的銣鐘產(chǎn)品逐步由天奧電子、航天203所等生產(chǎn)的產(chǎn)品所替代。CPT鐘是未來(lái)最具批量生產(chǎn)和應(yīng)用前景的產(chǎn)品，國(guó)際上目前具備批量生產(chǎn)能力的主要為Symmetricom公司。四、原子鐘行業(yè)前景展望CPT原子鐘是利用原子的相干布局囚禁原理而實(shí)現(xiàn)的一種新型原子鐘，由于不再需要微波諧振腔，因此可以做到真正的微型化。CPT原子鐘被認(rèn)為可以集成到一個(gè)芯片上，因此也被稱為芯片尺度原子鐘（chipscaleatomicclock（CSAC）），國(guó)內(nèi)也稱之為芯片級(jí)原子鐘。芯片級(jí)原子鐘作為一種小型、低功耗、高精度的時(shí)間頻率設(shè)備，具有廣闊的應(yīng)用前景。國(guó)外已規(guī)模化生產(chǎn)芯片級(jí)原子鐘，國(guó)內(nèi)目前多家單位也都已研制出了芯片級(jí)原子鐘的原理樣機(jī)，但是與國(guó)外還存在一定的差距(主要在性能上，國(guó)外已實(shí)現(xiàn)商品化)。雖然近年來(lái)芯片級(jí)原子鐘技術(shù)取得了長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展，但是還有多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)需要突破，包括微型原子氣室制備技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)集成技術(shù)和芯片級(jí)光學(xué)頻率梳技術(shù)等，芯片級(jí)原子鐘的穩(wěn)定性和可靠性尚有提高的空間。NIST（美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院）提出了下一代芯片級(jí)原子鐘——芯片級(jí)光學(xué)原子鐘。芯片級(jí)光學(xué)原子鐘的頻率更高、準(zhǔn)確度更高，它們把時(shí)間分割成更小的單位，并且有一個(gè)高“品質(zhì)因子”，有望成為未來(lái)重新定義秒的基礎(chǔ)。NIST的銣原子氣室和兩個(gè)頻率梳是用與計(jì)算機(jī)芯片相同的方法微加工的，這意味著它們可以支持電子和光學(xué)的進(jìn)一步集成，并且可以大規(guī)模生產(chǎn)，這是一條通向商業(yè)上可行的緊湊光學(xué)原子鐘的道路。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)