Mikrokam ska ta optiska atomur till allmänheten
Mikrokam-chipet, som utvecklats av forskargruppen vid Chalmers och Purdue University, USA, ska möjliggöra mindre och billigare system för optiska atomur.
Optiska atomklockor kan öka mätprecisionen av tid och geografisk position tusenfalt, men än så länge är de stora och komplexa. Nu har ett forskarlag från Chalmers och Purdue University i USA utvecklat en teknologi som med hjälp av mikrokammar ska göra ultraprecisa optiska atomklockor betydligt mindre. I förlängningen ska innovationen gynna navigationssystem, autonoma fordon och övervakning av geo-data.
”I vårt system fungerar frekvenserna som en brygga mellan atomklockans optiska signaler och radiofrekvenserna som används för att räkna atomklockans svängningar. Mikrokammens minimala storlek gör det möjligt att krympa atomklockans system betydligt samtidigt som de bibehåller sin extraordinära precision”, säger Victor Torres Company, medförfattare till studien.
En sekunds avvikelse – över flera miljoner år
Hos atomklockor räknas svängningarna hos vibrerande atomer som växlar mellan två energitillstånd, och därigenom mäta tid med en precision motsvarande endast en sekunds avvikelse över flera miljoner år.
Idag använder atomklockorna oftast mikrovågsfrekvenser för att framkalla dessa energi-svängningar hos atomer. Men på senare år har forskare inom fältet utforskat möjligheten att i stället använda laserstrålar för att på optisk väg frammana svängningarna.
Skapar jämnt fördelade ljusfrekvenser
Kärnan i den nya tekniken, som beskrivs i en nyligen publicerad forskningsartikel i Nature Photonics, är små, chipbaserade mikrokammar som genererar ett spektrum av jämnt fördelade ljusfrekvenser. Dessa kammar möjliggör för en mikrokamsfrekvens att ”låsas” till en laserfrekvens som i sin tur är låst till atomurets svängning.
”Vi hoppas att framsteg inom material och tillverkningstekniker kan effektivisera teknologin ytterligare och därmed föra oss närmare en värld där ultraexakt tidtagning är en standarddel av våra mobiler och datorer”, säger Victor Torres Company.
Även om de optiska atomklockorna möjliggör en betydligt större precision, är frekvensen på svängningarna alldeles för hög för att någon elektronisk krets idag ska hinna räkna dem. Men med hjälp av mikrokams-chipet har forskarna löst problemet, samtidigt som de har krympt atomursystemet betydligt.
Nästa steg: Komplett system på ett chip
Det nya systemet innehåller integrerad fotonik med chipbaserade komponenter. Forskarnas studie uppges lösa ett viktigt problem med en ny arkitektur, och nästa steg är att skapa ett komplett system på ett enskilt chip.
Innovationen sägs bana väg för massproduktion, vilket skulle göra optiska atomur tillgängliga för en rad applikationer i samhället och inom vetenskapen.