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光學(xué)原子鐘可以將手機(jī)、電腦和GPS系統(tǒng)中的時(shí)間和地理定位精度提高千倍，但其體積龐大且復(fù)雜，難以廣泛應(yīng)用。美國(guó)普渡大學(xué)和瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一項(xiàng)新技術(shù)，利用芯片上的微腔光梳（microcomb），使超精密光學(xué)原子鐘系統(tǒng)大幅縮小并更易于使用，為導(dǎo)航、自動(dòng)駕駛和地理數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域帶來重大突破。 目前，全球400多臺(tái)原子鐘為我們的設(shè)備提供了高精度的時(shí)間和定位服務(wù)。然而，現(xiàn)有的光學(xué)原子鐘體積龐大，需要復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，限制了其在衛(wèi)星、遠(yuǎn)程研究站或無(wú)人機(jī)等場(chǎng)景的應(yīng)用。研究團(tuán)隊(duì)通過微腔光梳芯片解決了這一問題。光梳芯片能夠生成一系列均勻分布的光頻率，將光學(xué)原子鐘的高頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為電子電路可處理的射頻信號(hào)，同時(shí)大幅縮小系統(tǒng)體積。微腔光梳芯片在光學(xué)信號(hào)和射頻信號(hào)之間架起橋梁，使原子鐘系統(tǒng)在保持超高精度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)小型化。 研究團(tuán)隊(duì)還解決了系統(tǒng)穩(wěn)定性和頻率對(duì)齊的難題。通過配對(duì)兩個(gè)頻率間隔相近但略有偏移的微型光梳，生成了一個(gè)20 GHz的偏移頻率作為可檢測(cè)的時(shí)鐘信號(hào)，從而將原子鐘的精確時(shí)間信號(hào)轉(zhuǎn)換為更易處理的射頻信號(hào)。此外，該技術(shù)還采用了集成光子學(xué)，將光頻梳、原子源和激光器等光學(xué)元件集成在微米至毫米尺寸的光子芯片上，顯著降低了系統(tǒng)的體積和重量。 這一創(chuàng)新為大規(guī)模生產(chǎn)鋪平了道路，使光學(xué)原子鐘在科學(xué)和社會(huì)應(yīng)用中更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠和普及。研究團(tuán)隊(duì)表示，未來將通過材料和制造技術(shù)的進(jìn)步進(jìn)一步優(yōu)化該技術(shù)，推動(dòng)超精密計(jì)時(shí)成為手機(jī)和電腦的標(biāo)準(zhǔn)功能。 《每日科學(xué)》網(wǎng)站（www.sciencedaily.com） |
