苏塞克斯大学新兴光子学实验室(EPic Lab)的科学家们利用尖端激光束技术，在原子钟装置的一个关键部件上取得了突破，这个关键部件可以减少我们未来对卫星导航的依赖。它们的开发极大地提高了传统时钟负责计数80%的效率——这是世界各地的科学家一直在竞相实现的目标。目前，英国卫星地图依赖于美国和欧盟，而我们许多人的手机和汽车上都有卫星地图。这使我们不仅容易受到国际政治突发事件的影响，而且容易受到卫星信号的影响。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，有了便携式原子钟。
博科园-科学科普：救护车将能够在隧道中访问他们的地图，通勤者将能够在地下或没有移动电话信号的农村地区规划他们的路线。便携式原子钟将以一种极其精确的地理导航形式工作，使你可以在不需要卫星信号的情况下访问你的位置和计划路线。研究突破将时钟中负责计数的部分效率提高了80%。这使我们更接近于看到便携式原子钟取代卫星地图，比如GPS，这可能在20年内实现。这项技术将改变人们的日常生活，并有可能应用于无人驾驶汽车、无人机和航空航天行业。令人兴奋的是，在苏塞克斯郡有了这样的发展。光学原子钟处于时间测量设备的顶峰，每100亿年误差不到一秒钟。但有趣的是，它们是巨大的设备，重达数百公斤。
在芯片中绘制脉冲的图。图片：EPic Lab, University of Sussex
为了有一个最佳的实用功能，可以利用的一般人，他们的大小需要大大减少，同时保持精度和速度的大型时钟。在光学原子钟中，参考(传统原子钟中的钟摆)是由一个被限制在一个腔内的单个原子量子特性直接推导出来的：它是一束每秒振荡数百万亿次的光束电磁场。在这个速度下工作所需要的时钟计数元件是一个光学频率梳——一种高度专业化的激光发射，同时，许多精确的颜色，均匀地间隔在频率上。微梳通过利用名为光学微谐振器的微小设备，降低了频率梳的尺寸。在过去的十年里，这些设备已经引起了全世界科学界的广泛关注，它们有望以一种精确的形式实现频率梳的全部潜力。然而，它们是精密的设备，操作复杂，通常不能满足实际原子钟的要求。
EPic实验室的这一突破，在2019年3月11日星期一发表在《自然光子学》期刊上。帕斯夸齐博士说：孤子是一种特殊的波，它对扰动特别敏感。例如，海啸是水的孤子。它们可以泰然自若地走到令人难以置信的距离；2011年日本地震后，其中一些甚至到达了加利福尼亚海岸。在实验中使用的不是水，而是被限制在芯片上一个小洞里的光脉冲。研究人员独特的方法是将芯片插入基于光纤的激光器中，这与我们在家中传输互联网的方法相同。在这种组合中运行的孤子具有充分利用微腔产生多种颜色的能力，同时也提供了脉冲激光器控制的鲁棒性和通用性。
下一步是将这种基于芯片的技术转化为纤维技术——这是研究人员在苏塞克斯大学(University of Sussex)特别擅长实现的目标。来自苏塞克斯大学史诗实验室的马可·佩契安蒂教授说：正朝着将我们的设备与由马赛厄斯·凯勒教授在苏塞克斯大学研究小组开发的超精密原子参考(或称钟摆)集成在一起的方向迈进。计划共同开发一种便携式原子钟，它将彻底改变我们未来计算时间的方式。发展代表着在生产实用原子钟方面向前迈出了重要一步，对我们的计划感到非常兴奋。计划包括与英国航空航天工业建立伙伴关系，这可能在5年内实现，到20年内将便携式原子钟安装在你的手机、无人驾驶汽车和无人机上。
博科园-科学科普｜研究/来自: 苏塞克斯大学
参考期刊文献:《Nature Photonics》
DOI: 10.1038/s41566-019-0379-5
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