Компьютеры, телефоны и системы навигации, в том числе в беспилотных транспортных средствах, определяют место и время с помощью нескольких сотен атомных часов, установленных по всему миру. Новое исследование экспертов Университета Пердью в США и шведского Технологического университета Чалмерса показывает, как атомные часы могут сделать спутниковую навигацию точнее в тысячи раз.
В основе часов лежат генератор, создающий регулярные колебания, и счетчик, эти колебания измеряющий. В атомных часах функции этих устройств выполняют атомы, колеблющиеся между двумя энергетическими состояниями с чрезвычайно высокой точностью. Создаются эти колебания с помощью микроволновых частот.
Сделать атомные часы точнее в тысячи раз может оптика, а точнее — лазеры, создающие оптическое возбуждение колебаний атомов. Оптические атомные часы могут делить секунду на более мелкие доли. Кроме того, они могут определять положение объекта в пространстве с точностью до нескольких сантиметров. Все это повышает автономность транспортных средств и всех электронных систем, основанных на определении местоположения.
Однако частота колебаний атомов в таких часах находится в диапазоне сотен терагерц, что лишает существующие электронные схемы возможности считать их напрямую. Из-за этого оптические атомные часы очень громоздкие. Именно эту проблему решает исследование.
Ученые разработали новую технологию, в основе которой лежат микросоты. Это небольшие устройства, которые генерируют спектр равномерно распределенных световых частот. Таким образом их можно синхронизировать с лазерами, которые синхронизированы с колебаниями атомов в атомных часах. При этом и от громоздких лазеров эксперты отказались в пользу фотонных технологий. Они позволяют интегрировать оптические компоненты часов на крошечные чипы размером от микрометра до миллиметра.
Значительное снижение веса и габаритов оптических атомных часов делает их перспективными для массового производства. Следующий шаг исследователей — разместить на одном чипе все элементы системы, включая модуляторы, детекторы и оптические усилители, сообщает The SciTechDaily.
