问题：高精度计时需求增长与现有光钟“走出实验室”受限并存 在导航定位、深空探测、地质监测和基础物理检验等领域，高精度时间频率基准的重要性不断上升；当前最先进的原子光钟以原子外层电子跃迁作为计时参照，精度已达极高水平，但电子态容易受到外界电磁场扰动和温度漂移影响，系统工程复杂、环境敏感性强，长期制约其在更广泛场景中的小型化和可部署化。为此，国际上将关注点转向对外界更不敏感的原子核跃迁，寻求稳定度更高、抗干扰能力更强的新一代核基准。 原因：核光钟研发“卡点”在于核跃迁所需真空紫外连续波光源长期缺位 核光钟的设想是用特定波长激光诱导原子核能级跃迁，并借助频率梳等手段对电磁振荡周期进行高精度计数。理论上，核跃迁频率更高且对环境扰动更不敏感，计时精度有望推进至10⁻¹⁹量级甚至更高。钍-229被认为是目前已知唯一可能实现激光相干操控的核跃迁体系，其关键跃迁位于真空紫外波段。然而长期以来，连续波、可调谐且具超窄线宽的真空紫外激光光源难以获得，成为核光钟从概念走向实验验证的核心瓶颈之一。传统方案多依赖非线性晶体进行频率转换，但在更短波长的真空紫外区域，可用材料、器件加工和损耗控制受限，难以满足核跃迁谱学对相干性与线宽的要求。 影响：关键光源突破为核跃迁精密测量与相干操控提供“入口”，也拓展超稳激光技术边界 清华团队提出并实现了一条不同于常规晶体路线的方案：利用四波混频机制，以镉蒸气作为非线性介质，获得148纳米连续波超窄线宽真空紫外激光输出，并实现140至175纳米范围内连续可调谐，在目标波段输出功率超过100纳瓦量级。更关键的是，其线宽相较以往单频真空紫外光源实现显著降低，为钍-229核跃迁附近的高分辨谱学提供了可用工具。 团队实验还带来一项具有方法学意义的更新认识：热金属蒸气中原子高速运动与频繁碰撞通常被认为会破坏相干性、引入相位噪声，但实验显示，多普勒与碰撞导致的展宽并未在四波混频过程中额外叠加相位噪声，输出真空紫外光场的相干性主要由基频激光稳定度决定。这意味着成熟的超稳激光关键技术有机会“迁移”到真空紫外波段，为更宽波段、更高指标的相干真空紫外光源研发打开空间。 对策：以原创性光源方案牵引“从0到1”突破，并以协同攻关提升基础器件自主可控能力 核光钟研制涉及原子核物理、精密光学、频率计量和器件工程等多学科协同。此次成果表明，在关键器件长期受限的方向上，需要以原创方法突破材料与工艺限制，并通过实验验证、理论分析与系统集成的闭环迭代，形成可复制、可扩展的技术链条。对应的论文发表于《自然》并获国际学术媒体专题评述，显示该路线具有较高学术认可度与延展潜力。值得一提的是，团队以青年科研力量为主，清华未央书院本科生作为论文共同第一作者，深度参与理论、计算、数据分析与写作等关键环节，也反映了基础研究中“尽早进入课题、参与真实科研”的培养路径。 前景：核光钟“走向现实”的条件继续成熟，应用落地仍需系统工程接续突破 真空紫外连续波超窄线宽光源的获得，为后续开展钍-229核跃迁的高分辨测量、锁频与长期稳定运行奠定基础，有望推动核光钟从理论预言进入可重复验证的实验阶段。面向应用端，若核光钟实现可工程化的小型系统，可能在高可靠时间基准、抗干扰导航授时、深空任务自主计时等方向带来能力提升。同时，作为检验基本常数变化、探索新物理效应的工具，高精度核钟也将为基础科学提供更严格的实验约束。 但从“光源可用”到“整钟可用”，仍需跨越核谱线精准定位、频率链路与锁定策略、长期漂移控制、器件可靠性以及集成封装等诸多挑战。能否在稳定运行时间、系统复杂度与可部署性之间取得平衡，将直接影响核光钟从实验室走向工程应用的速度与边界。
从理论设想到关键技术落地，核光钟的推进离不开长期积累与反复验证。清华团队此次突破补上了核光钟研发中长期缺位的关键光源环节，也展示了青年科研人员在基础研究中的创新能力。随着核跃迁测量与系统集成等环节持续推进，核光钟有望逐步走出实验室，继续提升精密测量能力，并带动涉及的领域技术发展。