2019-03-12 06:26:02
科学家们更接近可以取代GPS和伽利略的时钟

苏塞克斯大学紧急光子学实验室(EPic实验室)的科学家们已经突破了原子钟设备的关键要素,这可能会减少我们对未来卫星测绘的依赖 - 使用先进的激光束技术。它们的发展极大地提高了刺血针(传统时钟负责计数)的效率,提高了80% - 这是全世界科学家一直在努力实现的目标。

目前,英国依赖美国和欧盟进行卫星测绘,我们许多人都在我们的手机和汽车上进行测绘。这使我们不仅容易受到国际政治的一时兴起,而且还容易受到卫星信号的影响。

来自苏塞克斯大学数学与物理科学学院EPic实验室的Alessia Pasquazi博士解释了这一突破:“例如,使用便携式原子钟,救护车将能够在隧道中访问他们的地图通勤者可以在地下或在农村没有移动电话信号的情况下规划他们的路线。便携式原子钟可用于极其精确的地理测绘形式,无需任何需要即可访问您的位置和计划路线用于卫星信号。

“我们的突破提高了时钟部分的效率,负责计算80%。这使我们更接近于看到便携式原子钟取代卫星测绘,如GPS,这可能在20年内发生。这项技术将改变人们的日常生活生活以及可能适用于无人驾驶汽车,无人驾驶飞机和航空航天工业。令人兴奋的是,这一发展发生在苏塞克斯。“

光学原子钟处于时间测量设备的顶峰,每100亿年不到一秒钟。但是,它们是巨大的设备,重达数百公斤。为了获得普通人可以使用的最佳实用功能,需要大大减小其尺寸,同时保持大型时钟的准确性和速度。

在光学原子钟中,参考(传统时钟中的钟摆)直接由限制在腔室中的单个原子的量子特性导出:它是每秒振荡数百万亿次的光束的电磁场。以这种速度工作所需的时钟计数元件是光频梳 - 一种高度专业化的激光器,同时发出许多精确的颜色,频率均匀分布。

微梳通过利用名为光学微谐振器的微型器件来降低频率梳的尺寸。这些设备在过去十年中俘获了全世界科学界的想象力,承诺以紧凑的形式实现频率梳的全部潜力。然而,它们是精密的装置,操作复杂并且通常不满足实际原子钟的要求。

EPIC实验室的突破,在今天(3月11日,星期一)发表在期刊“自然光子学”上的一篇论文中详细介绍了一种基于一种称为“激光腔孤子”的独特波形的极其高效且坚固的微型梳子。 

Pasquazi博士继续说道:“Solitons是特殊的波浪,对于扰动特别强大。例如,海啸是水孤子。它们可以不受干扰地行驶,距离很远; 2011年日本地震之后,它们中的一些甚至可以到达加州海岸。

“在华龙宝博士的实验中,我们不再使用水,而是使用光脉冲,将光线限制在芯片的微小空腔中。我们独特的方法是将芯片插入基于光纤的激光器中,使用的相同在我们的家中提供互联网。

“在这种组合中传播的孤子有利于充分利用微腔产生多种颜色的能力,同时还提供脉冲激光控制的稳健性和多功能性。下一步是将这种基于芯片的技术转移到纤维技术 - 我们在苏塞克斯大学非常适合实现这一目标。“

来自苏塞克斯大学EPic实验室的Marco Peccianti教授补充说:“我们正在将我们的设备与Matthias Keller教授在萨塞克斯大学的研究小组开发的超紧凑原子参考(或钟摆)整合。我们一起计划开发一种便携式原子钟,它可以彻底改变我们未来计算时间的方式。

“我们的发展代表了实用原子钟生产的重要一步,我们对我们的计划感到非常兴奋,这些计划包括与英国航空航天业的合作,这些合作可能在五年内实现,再到便携式原子钟,可以在20年内安置在你的手机和无人驾驶汽车和无人机中。“

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