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來(lái)自麻省理工學(xué)院(MIT)和德雷伯實(shí)驗(yàn)室的研究人員提出一種新的方法用于原子計(jì)時(shí)，這種方法或許可以使便攜式原子鐘更穩(wěn)定，更精確。尺寸也有可能縮小到一個(gè)魔方大小，而不再是一間屋子。
芯片尺寸的原子鐘(CSACs)已經(jīng)商業(yè)化，研究人員說(shuō)這些火柴盒大小的低功率器件，隨時(shí)間漂移，而且比噴泉鐘精確性差，比設(shè)定世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的原子鐘大很多。但是，噴泉鐘是最精確的計(jì)時(shí)器，不可能為了便攜而犧牲穩(wěn)定性。
Krish Kotru既是MIT航空航天學(xué)院的研究生同時(shí)也是德雷伯實(shí)驗(yàn)室的研究員，他說(shuō)道：“你可以在皮卡或者拖車上放一臺(tái)原子鐘，但我猜它無(wú)法承受路上的顛簸。我們有一個(gè)好方法可以做出一個(gè)緊湊的強(qiáng)大的時(shí)鐘，比CSACs要好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，而且長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)更穩(wěn)定。”
在新的時(shí)鐘里，基于受激拉曼躍遷，堿金屬原子與光子以一定的順序被提取出來(lái)。研究人員實(shí)施了被稱為拉曼絕熱快速通道(ARP)的方法，這是探究原子光學(xué)的一種路徑，可以使時(shí)鐘有兩個(gè)數(shù)量級(jí)的提高。
Kotru說(shuō)這種便攜式，穩(wěn)定度好的原子鐘可以在沒(méi)有GPS信號(hào)的環(huán)境中使用，比如在水下或者室內(nèi)。也可以在軍事上的惡劣環(huán)境中使用，這種環(huán)境中傳統(tǒng)的導(dǎo)航系統(tǒng)都被信號(hào)干擾了。
激光代替微波探測(cè)
如今最精確的原子鐘是以銫原子作為基準(zhǔn)。從1960年以來(lái)，一秒被定義為銫原子在兩個(gè)能級(jí)間振蕩9，192，631，770次所用的時(shí)間。為了測(cè)定這個(gè)頻率，噴泉鐘上拋冷銫原子云幾英尺高，通過(guò)微波光束，測(cè)定他們上拋，回落的振蕩。
該研究組選擇用激光束取代微波束，這樣會(huì)更容易在空間中控制，需要的空間也更少。雖然一些原子鐘也會(huì)使用激光束，但他們經(jīng)常會(huì)受到“AC斯塔克位移”困擾，這時(shí)由于原子暴露在激光器產(chǎn)生的電場(chǎng)中時(shí)，它的諧振頻率會(huì)產(chǎn)生位移。這種位移會(huì)輕易毀掉原子鐘的精確度。Kotru和他的團(tuán)隊(duì)試圖尋找到使用激光束，同時(shí)能避免AC斯塔克位移的方法。
基于激光的原子鐘，激光光束的頻率和強(qiáng)度是固定的。但拉曼ARP應(yīng)用的激光脈沖強(qiáng)度和頻率是變化的。
Kotru說(shuō)：“對(duì)于我們的方法，我們打開(kāi)激光脈沖和調(diào)節(jié)它的強(qiáng)度，都是逐漸的將它打開(kāi)和關(guān)掉。我們調(diào)制激光的頻率，把它限制在很窄的范圍內(nèi)。僅僅通過(guò)做好這兩項(xiàng)工作，就可以很大程度的降低系統(tǒng)效應(yīng)的影響，比如斯塔克位移。”
他認(rèn)為這種系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確度可以媲美現(xiàn)如今在GPS衛(wèi)星中使用的基于微波的原子鐘，但那種原子鐘笨重而且昂貴。
該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正致力于減小系統(tǒng)其他組件的尺寸，包括真空室和電子設(shè)備。
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