Усовершенствования механизма атомного времени
Ученые из лаборатории Emergent Photonics Lab (EPic Lab) в Университете Сассекса сделали прорыв в области критически важного элемента атомных часов - устройстве, которое могло бы уменьшить нашу зависимость от спутникового геопозиционирования и картографии в будущем, используя передовую технологию лазерного луча. Эта разработка значительно повышает эффективность измерения времени на 80%, к чему стремятся ученые во всем мире.
В настоящее время все страны зависит от США (GPS), ЕС (Galileo) и РФ (ГЛОНАСС) в области спутникового мониторинга транспорта и подвижных объектов - функции, которую многие из нас используют в смартфонах и автомобилях. Это делает нас уязвимыми не только перед лицом капризов международной политики, но и для доступности и точности спутникового сигнала.
Портативные атомные часы для мониторинга транспорта
Новая технология позволяет разработать портативные атомные часы, с помощью которых, машина скорой помощи, например, сможет получать доступ к своим картографическим данным, несмотря на то, что находится в туннеле, жители пригородов смогут планировать свой маршрут, находясь в метро или без сигнала мобильного телефона в сельской местности. Портативные атомные часы будут работать с чрезвычайно точным геопозиционированием, предоставляя доступ к местоположению объектов и запланированному маршруту без необходимости получения сигналов со спутников группировок GPS/Galileo/Глонасс.
Данный прорыв повышает эффективность подсчета точного времени на 80%. Это делает нас на один шаг ближе к тому, чтобы разработать переносные атомные часы, заменяющие те, которые сейчас установлены на спутниках GPS/Galileo/Глонасс для синхронизации времени, и это может произойти в течение ближайших 20 лет. Данная технология изменит повседневную жизнь людей и потенциально может быть применена в автомобилях, дронах и аэрокосмических летательных аппаратах.
Устройство атомных часов, используемых для спутникового мониторинга
Оптические атомные часы сейчас являются самыми точными приборами для измерения времени, они теряют менее одной секунды каждые десять миллиардов лет. Однако, они достаточно массивны – их вес достигает сотни килограммов. Для того, чтобы их можно было использовать в повседневной жизни среднестатистическим человеком, их размер должен быть значительно уменьшен при сохранении точности и скорости измерения времени.
В оптических атомных часах эталон (маятник в традиционных часах) напрямую определяется квантовым свойством отдельного атома, заключенного в камере: это электромагнитное поле светового луча, колеблющегося сотни триллионов раз в секунду. Элемент счетчика тактовых импульсов, необходимый для работы на этой скорости, представляет собой оптическую гребенку частоты - узкоспециализированный лазер, излучающий одновременно много точных цветов, равномерно распределенных по частоте.
Микро-соты уменьшают размер частотных сот, используя крошечные устройства, называемые оптическими микрорезонаторами. За последние десять лет эти устройства захватили воображение научного сообщества во всем мире, благодаря их потенциальной возможности реализовать весь потенциал частотных сот в компактной форме. Однако они представляют собой ультрахрупкие устройства, сложны в эксплуатации и, как правило, не соответствуют требованиям практических атомных часов.
Суть прорыва в области синхронизации времени для усовершенствования мониторинга транспорта и недвижимых объектов
Прорыв, о котором идет речь в данной статье, представляет собой демонстрацию исключительно эффективной и надежной микрогребенки, основанной на уникальном виде волны, называемом «солитон резонатора лазера».
Солитоны - это особые волны, которые особенно устойчивы к возмущениям. Например, цунами - это водные солитоны, они могут невозмутимо путешествовать на невероятные расстояния: после землетрясения в Японии в 2011 году некоторые из них достигли даже побережья Калифорнии.
Вместо того, чтобы использовать воду, в своих экспериментах, ученые из лаборатории Emergent Photonics Lab (EPic Lab) в Университете Сассекса использовали световые импульсы, заключенные в крошечную полость на чипе. Этот особый подход заключается в том, чтобы вставить чип в оптический лазер, технология оптических волокон, используемая в эксперименте, такая же как и та, по которой предоставляется доступ в интернет в наших домах.
Солитон, который используется в этой комбинации, имеет преимущество, в том, что он полностью использует возможности микрополостей для генерации множества цветов, а также предлагает надежность и универсальность управления импульсными лазерами. Следующий шаг - передача этой технологии на основе микросхем в волоконно-оптические технологии.
Профессор Marco Peccianti из Университета Сассекса EPic Lab добавляет: «Мы движемся к интеграции нашего устройства с устройством ультракомпактного атомного эталона (или маятника и планируем разработать портативные атомные часы, которые могли бы значительно усовершенствовать способ подсчета времени в будущем.