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光學(xué)原子鐘可以將手機、電腦和GPS系統中的時(shí)間和地理定位精度提高千倍，但其體積龐大且復雜，難以廣泛應用。美國普渡大學(xué)和瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的研究團隊開(kāi)發(fā)了一項新技術(shù)，利用芯片上的微腔光梳（microcomb），使超精密光學(xué)原子鐘系統大幅縮小并更易于使用，為導航、自動(dòng)駕駛和地理數據監測等領(lǐng)域帶來(lái)重大突破。 目前，全球400多臺原子鐘為我們的設備提供了高精度的時(shí)間和定位服務(wù)。然而，現有的光學(xué)原子鐘體積龐大，需要復雜的實(shí)驗室環(huán)境，限制了其在衛星、遠程研究站或無(wú)人機等場(chǎng)景的應用。研究團隊通過(guò)微腔光梳芯片解決了這一問(wèn)題。光梳芯片能夠生成一系列均勻分布的光頻率，將光學(xué)原子鐘的高頻信號轉換為電子電路可處理的射頻信號，同時(shí)大幅縮小系統體積。微腔光梳芯片在光學(xué)信號和射頻信號之間架起橋梁，使原子鐘系統在保持超高精度的同時(shí)實(shí)現小型化。 研究團隊還解決了系統穩定性和頻率對齊的難題。通過(guò)配對兩個(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的時(shí)鐘信號，從而將原子鐘的精確時(shí)間信號轉換為更易處理的射頻信號。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(zhù)降低了系統的體積和重量。 這一創(chuàng )新為大規模生產(chǎn)鋪平了道路，使光學(xué)原子鐘在科學(xué)和社會(huì )應用中更加經(jīng)濟實(shí)惠和普及。研究團隊表示，未來(lái)將通過(guò)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)超精密計時(shí)成為手機和電腦的標準功能。 《每日科學(xué)》網(wǎng)站（www.sciencedaily.com） |
