Новая технология повысит точность геопозиционирования до сантиметров

Современные мобильные телефоны и компьютеры достаточно точно определяют время и географическое положение благодаря примерно четырем сотням атомных часов, расположенных по всему миру. Атомные часы, как и любые другие, состоят из двух основных компонентов: осциллятора и спускового механизма. Осциллятор обеспечивает периодическое колебание, а спусковой механизм суммирует колебания. В атомных часах это колебания вибрации атомов, которые с определенной частотой меняют энергетические состояния.

Большинство атомных часов используют для индукции энергетических колебаний в атомах микроволновые частоты. Некоторое время назад появилась возможность применения в тех же целях лазеров. Оптические атомные часы могут делить секунды на более короткие временные отрезки и указывать время в тысячи раз более точно.

«Сегодняшние атомные часы позволяют системам GPS обеспечивать точность позиционирования в несколько метров. С помощью оптических атомных часов вы можете достичь точности всего в несколько сантиметров. Это повышает автономность транспортных средств и всех электронных систем, основанных на позиционировании. Оптические атомные часы также могут обнаруживать минимальные изменения широты на поверхности Земли и могут использоваться для мониторинга, например, вулканической активности», - сказал Ци Миньхао из Университета Пердью, соавтор исследования.

Для того чтобы сделать оптические атомные часы компактнее и проще, Ци и его коллеги из Технологического университета Чалмерса разработали технологию на основе микрогребенок. Эти крошечные устройства способны генерировать спектр равномерно распределенных оптических частот. Это позволяет привязать одну из частот гребенки к частоте лазера, которая, в свою очередь, привязана к осцилляции атомных часов.

Хотя оптические атомные часы обеспечивают гораздо более высокую точность, частота осцилляций находится в диапазоне сотен ТГц. Для электронных схем это слишком высокая частота. Новые чипы с микрогребенками смогли решить эту проблему, https://www.eurekalert.org/news-releases/1074404 EurekAlert.

Технология служит своего рода мостиком между оптическими сигналами атомных часов и радиочастотами, которые нужны для подсчета колебаний. Более того, минимальный размер микрогребенок позволил значительно уменьшить размер системы атомных часов, сохранив высокую точность.

Еще один серьезный плюс системы – одновременное достижение «самореференции», необходимой для стабильности всей системы, и точного выравнивания частот микрогребенки с сигналами атомных часов. А благодрая интегрированным фотонным компонентам удалось избавиться от громоздкой лазерной оптики.

Разработка может открыть путь к массовому производству оптических атомных часов для решения широкого спектра научных и общественных задач.

В 2023 году калифорнийский стартап Vector Atomic  https://hightech.plus/2023/12/17/startap-vipustil-v-prodazhu... на рынок первые портативные оптические часы. Они в 100 раз превосходят точность существующих атомных часов того же размера.