日本先进工业科学与技术研究所高级研究员 Shinya Yanagimachi 与东京都立大学和理光公司合作,开发了一种长期稳定的紧凑型原子钟。
近年来,准确的时间信息对于全面物联网(Internet of Things)时代的到来非常重要,但也有人指出,传统的全球导航卫星系统如 GPS 容易受到无线电干扰。... 如果能够在物联网终端上安装一个小巧而稳定的原子钟,就可以自主诊断和校正时间的准确性,从而确保安全。
目前,小原子钟的主流是利用相干布居俘获共振(一种源自光与原子相互作用的共振现象)来获取原子固有频率的信息。然而,长期的时间和频率稳定性受到光移波动(由于照射的激光束和原子之间的相互作用导致原子能级变化)引起的频率波动的限制。
这一次,已经定量阐明了表面发射激光器(VCSEL)振荡波长的长期变化与光移的波动有关。然而,直接抑制光移波动会增加功耗。因此,我们设计了一种称为零交叉法的驱动方法,即使 VCSEL 振荡波长随时间变化,铯 (Cs) 原子的自然频率也不会改变,并将其应用于小型原子钟。
在 150 天或更长时间的长期评估期后,仔细验证了应用过零方法的效果。结果,Cs原子固有频率的波动可以得到充分抑制,平均时间约为50天时,我们成功地获得了传统小型原子钟100倍的稳定性。
高度稳定的原子钟有望通过物联网网络促进无缝数据收集。据说未来将继续进行旨在进一步稳定小型原子钟的研究和开发。