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光學原子鐘可以將手機、電腦和GPS系統中的時間和地理定位精度提高千倍，但其體積龐大且復雜，難以廣泛應用。美國普渡大學和瑞典查爾姆斯理工大學的研究團隊開發了一項新技術，利用芯片上的微腔光梳（microcomb），使超精密光學原子鐘系統大幅縮小并更易于使用，為導航、自動駕駛和地理數據監測等領域帶來重大突破。 目前，全球400多臺原子鐘為我們的設備提供了高精度的時間和定位服務。然而，現有的光學原子鐘體積龐大，需要復雜的實驗室環境，限制了其在衛星、遠程研究站或無人機等場景的應用。研究團隊通過微腔光梳芯片解決了這一問題。光梳芯片能夠生成一系列均勻分布的光頻率，將光學原子鐘的高頻信號轉換為電子電路可處理的射頻信號，同時大幅縮小系統體積。微腔光梳芯片在光學信號和射頻信號之間架起橋梁，使原子鐘系統在保持超高精度的同時實現小型化。 研究團隊還解決了系統穩定性和頻率對齊的難題。通過配對兩個頻率間隔相近但略有偏移的微型光梳，生成了一個20 GHz的偏移頻率作為可檢測的時鐘信號，從而將原子鐘的精確時間信號轉換為更易處理的射頻信號。此外，該技術還采用了集成光子學，將光頻梳、原子源和激光器等光學元件集成在微米至毫米尺寸的光子芯片上，顯著降低了系統的體積和重量。 這一創新為大規模生產鋪平了道路，使光學原子鐘在科學和社會應用中更加經濟實惠和普及。研究團隊表示，未來將通過材料和制造技術的進步進一步優化該技術，推動超精密計時成為手機和電腦的標準功能。 《每日科學》網站（www.sciencedaily.com） |
