Часы оптические на атомах рубидия изобрели американские физики

Часы оптические на атомах рубидия изобрели американские физики

Физиками американского института NIST вместе с другими специалистами создан экспериментальный прототип атомных часов будущего. Новая система функционирует на высоких «оптических» частотах. По размерам устройство меньше, чем действующая ныне система. Конструкция новых атомных часов содержит всего три миниатюрных чипа, вспомогательную электронику и оптическую систему.

Характеристика и нюансы оптической системы

Как отмечает издание «Optica», основой новых атомных часов являются вибрации атомов рубидия. Атомы рубидия заключены внутри миниатюрного стеклянного контейнера, получившего название — парная ячейка чипа. Две частотные гребенки, собранные на основе современных микросхем, организуют механизм связи высокочастотных оптических вибраций атомов с более низкой микроволновой частотой.

«Сердцем» новых часов выступают микросхемы, потребляющие совсем немного энергии (не более 270 мВт). Современные технологические достижения позволили создать достаточно малую систему атомных часов, которую допустимо транспортировать вручную.

Оптические часы новой конструкции претендуют на полную замену традиционных генераторов, применяемых, к примеру, в навигационных системах или телекоммуникационных сетях. Также устройства могут выступать резервными часами космических спутников.

Для справки – работа стандартной конструкции атомных часов основана на микроволновых частотах. Используются естественные колебания атома цезия. Между тем для оптических атомных часов, функционирующих на более высоких частотах, характерна лучшая точность.

Достигается улучшение точности хода за счёт деления времени на более мелкие единицы. Формируется высокий «коэффициент качества», отражающий продолжительность вибраций атомов без посторонней помощи.

Применительно к новым атомным часам, оптические вибрации рубидия тщательно изучались для использования в качестве стандартов частоты. Как выяснилось, колебания достаточно точны для использования в качестве стандартов длины. Парная ячейка рубидия и две частотные соты изготовлены специалистами NIST по аналогии компьютерных чипов.

Благодаря принятой стандартизации, обеспечивается поддержка интеграции электроники и оптики. Также допускается серийное производство системы, чем обеспечивается коммерческая жизнеспособность новых компактных оптических часов.

Принцип работы нового счётчика времени

Принцип работы нового механизма отсчёта времени следующий: атомы рубидия активируются с оптической частотой терагерцового диапазона. Генерация используется для стабилизации инфракрасного лазера (часового лазера). Лазерный сигнал преобразуется в гигагерцовый микроволновый синхросигнал парой частотных гребёнок.

Первая гребёнка охватывает достаточно широкий частотный диапазон, чем обеспечивает собственную стабилизацию. Терагерцовый гребень синхронизирован с гребёнкой гигагерцовой частоты, используемой в качестве опорной частоты, привязанной к часовому лазеру. Так новые атомные измерители времени генерируют микроволновый электрический гигагерцовый  сигнал, воспринимаемый обычной электроникой.


При помощи информации: NIST


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *