Оптичні атомні годинники можуть революціонізувати точність часу та геопозиціонування, але їхній розмір і складність ускладнюють широке застосування.
Сучасні системи GPS та електронні пристрої використовують приблизно 400 атомних годинників, розміщених по всій планеті, що забезпечують високу точність визначення координат. Основними компонентами атомного годинника є осцилятор – генератор періодичних коливань – та спусковий механізм, який ці коливання підсумовує. В основі роботи таких годинників лежить випромінювання атомів, що змінюють свої енергетичні стани з визначеною частотою.
Традиційні атомні годинники використовують мікрохвильове випромінювання для індукції атомних коливань, однак оптичні годинники застосовують лазери, що дає змогу ділити секунду на коротші проміжки часу.
«Сьогоднішній атомний годинник дає змогу системам GPS забезпечувати точність позиціювання в кілька метрів. За допомогою оптичного атомного годинника ви можете досягти точності всього в кілька сантиметрів», – зазначає Ци Міньхао з Університету Пердью.
Щоб зробити оптичний атомний годинник компактним, дослідники з США та Швеції розробили технологію мікрогребінок, які генерують спектр рівномірно розподілених оптичних частот. Одна з цих частот може бути синхронізована з лазером, що прив’язаний до атомних осциляцій. Це усуває необхідність у великих лазерних системах, роблячи пристрій значно меншим.
Оскільки частота атомних осциляцій сягає сотень терагерц, для електронних схем її необхідно знизити. Нові чіпи з мікрогребінками стали ключовим рішенням, перетворюючи оптичні сигнали у придатні для обробки радіочастоти.
«Нам вдалося досягти одночасної самореференції та точного вирівнювання частот, що є критично важливим для стабільності всієї системи», – йдеться у звіті дослідників.
Завдяки цій розробці стало можливим масове виробництво оптичних атомних годинників, що відкриває перспективи для вдосконалення навігації, автономного транспорту та моніторингу природних явищ.
