Yeni nesil çip seviyesi atom saatinin çekirdeği ortaya çıktı!
Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü'ndeki (NIST) fizikçiler ve ortaklar, yüksek "optik" frekansı olan ve normal atom saatinden çok daha küçük olan deneysel bir yeni nesil atom saati gösterdiler. Küçük bir yonga artı elektronik ve optiği destekleyen bir yonga. Optica'nın açıklamasına göre, bu yonga düzeyindeki saat, gofret üzerindeki "buhar pili" adı verilen küçük bir cam kaptaki rubidyum atomlarının titreşimine dayanıyor. Çip üzerindeki iki frekanslı tarak, atomların yüksek frekanslı optik tıklama seslerini daha düşük, yaygın olarak uygulanabilen bir mikrodalga frekansına bağlayan dişliler gibidir.
Bu yeni saatin çekirdek çipi çok az enerji gerektiriyor (sadece 275 miliwatt) Teknolojinin daha da ilerlemesiyle, elde kullanım için yeterince küçük hale gelebilir. Bunun gibi çip düzeyinde optik saatler, sonunda navigasyon sistemleri ve telekomünikasyon ağları gibi uygulamalarda geleneksel osilatörlerin yerini alabilir ve uydularda yedek saatler haline gelebilir. NIST araştırmacısı John Kitching şunları söyledi: Tüm önemli bileşenlerin mikro işlendiği ve çok kararlı bir çıktı üretmek için birlikte çalıştığı bir optik atomik saat yaptık. Nihayetinde, bu çalışmanın küçük, düşük güçlü saatlerin son derece kararlı hale gelmesine neden olacağını ve taşınabilir pille çalışan cihazlara yeni nesil doğru zamanlama teknolojisi getireceğini umuyoruz.
California Institute of Technology (Pasadena), Stanford University (California) ve Charles Stark Draper Laboratories, Cambridge, Massachusetts'in yardımıyla bu saat NIST'te yerleşik. Standart atomik saatler, mikrodalga frekanslarında çalışır ve sezyum atomlarının doğal titreşimine dayanır - bu, dünyanın ikincisinin ana tanımıdır. Optik atomik saatler daha yüksek frekanslara ve daha yüksek doğruluğa sahiptirler çünkü zamanı daha küçük birimlere bölerler ve yüksek bir "kalite faktörüne" sahiptirler, bu da atomların dışarıdan yardım almadan ne kadar zaman geçirebileceklerini yansıtır.
- NIST'in yeni nesil minyatür atomik saatinin (yüksek bir "optik" frekansta gıdıklama) çekirdeği, bir kahve çekirdeğinin yanında görüntülenen bir çip üzerindeki buhar pilidir. Cam hücre (çipteki kare pencere), titreşimleri saatin tik tak sesini sağlayan rubidyum atomları içerir. Saatin tamamı üç mikroçipten oluşur ve ayrıca elektronik ve optik bileşenleri destekler. Resim: Hummon / NIST
Optik saatlerin gelecekte saniyeyi yeniden tanımlamanın temeli olması bekleniyor.NIST'in orijinal çip ölçekli atom saatinde, atomları tespit etmek için mikrodalga frekansları kullanılıyor. Bu saatin ticari versiyonu, yüksek zamanlama kararlılığı gerektiren taşınabilir uygulamalar için endüstri standardı haline geldi. Ancak ilk kalibrasyonu gerektirirler ve frekans zamanla kayarak ciddi zamanlama hatalarına neden olur. Kompakt optik saat olası bir gelişmedir. Şimdiye kadar, optik saatler yapı olarak hantal ve karmaşıktı ve yalnızca metroloji kurumlarında ve üniversitelerde deney olarak kullanılabilir. Rubidyumdaki optik ölçek, bir frekans standardı olarak geniş çapta incelenmiştir ve doğruluğu, bir uzunluk standardı olarak yeterlidir. NIST'in rubidyum buharlı pili ve iki frekans tarağı, bilgisayar çipleri ile aynı şekilde mikro işlenmiştir.
Bu, elektronik ve optiğin daha fazla entegrasyonunu destekleyebilecekleri ve seri üretilebilecekleri anlamına gelir - bu, ticari olarak uygun bir kompakt optik saate giden bir yoldur. NIST tabanlı çipli optik saatin 4000 saniyedeki kararsızlığı 1,7 x 10 ^ 13'tür ve bu, çip ölçekli mikrodalga saatin yaklaşık 100 katıdır. Saatin çalışma prensibi şudur: Rubidyum atomları terahertz (THz) bandının optik frekansında çalışır. Bu tıklama sesi, iki dişli benzeri frekans tarağı aracılığıyla bir gigahertz (GHz) mikrodalga saat sinyaline dönüştürülen, saat lazeri adı verilen bir kızılötesi lazeri stabilize etmek için kullanılır.
THz frekansındaki bir tarak, kendini stabilize etmek için yeterince geniş bir aralığı kapsar. THz tarağı, GHz frekans tarağı ile senkronize edilir ve GHz frekans tarağı, saat lazerine kilitlenmiş bir ince aralık cetveli olarak kullanılır. Bu nedenle saat, rubidyum atomlarının THz titreşimine stabilize edilmiş bir GHz mikrodalga elektronik sinyali (geleneksel elektronik ekipmanla ölçülebilen) üretir. Gelecekte, çip tabanlı saatlerin kararlılığı düşük gürültülü lazerlerle iyileştirilebilir ve boyutları da daha karmaşık optik ve elektronik entegrasyonla azalacaktır.
Referans dergi "Optica"
DOI: 10.1364 / OPTICA.6.000680
Brocade Park Bilim, Teknoloji, Bilimsel Araştırma, Popüler Bilim
