加入收藏 | 设为首页 |

火竞猜投注-DARPA微型化原子钟效果初显,要害性能参数提高1000倍

海外新闻 时间: 浏览:263 次

高稳原子钟(ACES)项目研讨人员开发的芯片级原子钟已获得了开始成功,其功能提高了1000倍。



当时,通讯、导航、金融交易、分布式云和国防等许多运用都依赖于原子钟的准确授时,这种根据原子振动来盯梢时刻的时钟器材,具有最高的准确度。运用原子能量完成准确授时需求很多杂乱而巨大的技能,这些技能的开发本钱高且需耗费很多动力。5G网络和GPS替代品等新运用技能将需求在便携式渠道上进行准确授时,然后推动对高功能、微型化原子钟的需求。

据麦姆斯咨询报导,在曩昔的几十年中,美国国防高档研讨方案局(DARPA)在原子钟技能的前进和微型化方面投入了很多资金,研制出了芯片级原子钟(CSAC),这些原型钟现已上市,具有体积小、分量轻、低功耗(SWaP)等特色,并供给史无前例的授时稳定性。但是,由于物理特性与规划相关,第一代CSAC的功能从根本上遭到了约束:校准要求和频率漂移会发作授时差错,因而难以在便携式封装中到达最高程度的准确性和可靠性。DARPA的“高稳原子钟”(ACES)项目正在探究下一代电池供电型CSAC的开发,与现有原型比较,要害功能参数提高了1000倍。

DARPA微体系技能办公室(MTO)担任ACES的项目经理John Burke博士标明:“将原子钟从大型铯束管缩小到芯片级器材,且功能不受影响,需求重火竞猜投注-DARPA微型化原子钟效果初显,要害性能参数提高1000倍新考虑许多要害部件,包含真空泵和光隔离器,以及集成元件的新办法。咱们为ACES项目拟定的方针方针很高,但当咱们进入项目的第三阶段时,研讨人员现已完成了工程上的成功,包含削减SWaP、试验室验证的原子钟技能,以及未来时钟架构的前期原型。”

来自美国国家规范与技能研讨院(NIST)、霍尼韦尔公司、美国宇航局喷气推动试验室(JPL)的三组研讨人员,经过对替代物理结构和新式元件技能的探究,在CSAC前期研制阶段获得不错的发展,在温度操控、老化和回扫等方面将功能参数提高了1000倍。

美国国家规范与技能研讨院(NIST)的研讨人员,最近在Optica宣布了一篇论文,在文中要点介绍了其团队在加州理工学院、斯坦福大学和Charles Stark Draper试验室的研讨人员的支撑下获得的最新发展。该团队展现了一个试验性的光学原子钟,它只由三个小芯片构成,可支撑电子器材和光学器材。不同于作业在微波频率下盯梢铯原子振动的规范原子钟,光学原子钟可运行在更高的频率下并供给更高的精度,由于它们可将时刻分红更小的单位。NIST团队研制的时钟运用激光盯梢铷原子振动,这些铷原子被约束在一个由微型玻璃容器构成的蒸汽室中,玻璃容器直径3毫米,坐落硅片顶部。在时钟芯片的“心脏”内,两个频率梳就像齿轮相同将铷原子的高频光学“滴答”转换成较低的微波频率,即在大多数授时(PNT)运用中盯梢时刻的频率巨细。除了供给更高的准确度(大约比当时根据铯的CSAC高50倍),试验时钟的功耗更低,仅275毫瓦。

除了成功展现芯片级光学时钟外,NIST团队还完成了一切要害元件的微加工,很多选用与制作核算机芯片相同的制作技能。这使得进一步集成电子器材和光学器材,一起为大规模出产和商业化发明潜在的途径。

第二组研讨团队来自霍尼韦尔公司,他们正与加州大学圣巴巴拉分校协作,开发精细原子传感器,以支撑微型原子钟的开发。

到目前为止,捕获原子传感器的小型化一向遭到大型光学元件的阻止,例如透镜和反射镜,这些是构成传统光学体系的必要元件。霍尼韦尔团队开发的精细原子传感器依赖于磁光阱(MOT),它需求来自不同方向的三维激光束摆放,准确地在一点上穿插。为了在不运用透镜或镜子的情况下完成这种准确装备,研讨人员开发了一种集成光子芯片,用于引导“光学电路”周围的光,类似于传统核算机芯片中电信号的引导。光子芯片以恰当的三维摆放发射三个大的准直光束以构成MOT。经过将这些相交的激光束与一组专用的紧凑型磁场线圈相结合,霍尼韦尔运用这种光源捕获铷原火竞猜投注-DARPA微型化原子钟效果初显,要害性能参数提高1000倍子,并完成了先进的微型原子钟。

霍尼韦尔的集成光子芯片技能不只减小了激光传输体系的尺度、分量和功率,而且还答应批量制作杂乱的光学体系,一起下降了制作本钱。

最终一组研讨团队来自美国宇航局喷气推动试验室(JPL),他们得到了SRI世界公司、加州大学火竞猜投注-DARPA微型化原子钟效果初显,要害性能参数提高1000倍戴维斯分校和伊利诺伊大学厄巴纳-火竞猜投注-DARPA微型化原子钟效果初显,要害性能参数提高1000倍香槟分校的研讨人员的支撑,他们展现了一种可以满意ACES方针方针的试验性原子钟,并证明其不受温度和环境问题的影响。在创立深空原子钟(DSAC)的研讨基础上,该团队开发了一种根据离子的原子冷却办法,该办法依托电离汞和紫外灯替代激光器。JPL原子钟显现,关于温度发作1摄氏度的改变,其差错小于小数点后14位。以该精度而言,功能要比当时的CSAC将近高100倍。汞离子的运用也供给了更高的稳定性,一起使该技能对磁场和温度改变的敏感性下降。

Burke指出:“正如NIST和霍尼韦尔研讨所验证的那样,ACES项目的发展带来了制作晶圆级原子钟技能的新办法,ihg这使得继续的技能探究更具本钱效益,而且更少依赖于大规模的工程规划。关于咱们当时正在处理的杂乱光学体系,不管何时想要迭代规划时,都需求很多的工程规划。ACES项目的这些前期发展标明,在没有很多工程人力或与当时办法相关的巨额本钱的情况下,在开发过程中也存在可行的挑选。”