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光学时钟送入太空助力精准导航

2017-02-10 09:39
苏子言岁月
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科学家们对于精准时间的追求从未停止,目前世界上最准的时钟当属光学时钟。虽然早有研究人员提出将光学时钟应用到卫星上,以提升卫星定位的准确程度,但如何保持光学时钟在太空中与地球上一样稳定发挥,一直是争论的焦点。

1小时由60分钟组成,1分钟由60秒组成,那么1秒钟有多长?它是时钟上秒针的一格,也是电子时钟上数字的跳跃,但是1秒钟到底是多久,恐怕并没有多少人知道,也没有多少人关心。

但科学家们对于精准时间的追求从未停止,目前世界上最准的时钟当属光学时钟。虽然早有研究人员提出将光学时钟应用到卫星上,以提升卫星定位的准确程度,但如何保持光学时钟在太空中与地球上一样稳定发挥,一直是争论的焦点。

关键部件或将光学时钟送入太空

近日,在美国光学学会颇具影响力的学术研究期刊Optica上,研究人员公布了一种紧凑型自动激光频率梳系统。它是光学时钟的一个重要组成部分,因为它们像齿轮一样,将光学时钟较快地振荡分解成较低的频率,并连接到一个基于微波的参考原子钟。换言之,频率梳可以精确地测量光学震荡并用于获得时间。

不过,要想更好地了解这项研究的重要性,首先要清楚光学时钟的原理。目前,光学时钟分为单离子囚禁光钟和冷原子光晶格钟两大类。不论哪种光学时钟,都需要在超高真空环境下,采用激光冷却技术对离子或原子进行减速、冷却,并最终实现磁光阱“囚禁”,随后采用离子阱或光晶格技术实现对离子或原子进行“长期囚禁”,并用激光器对其进行锁定,最终采用飞秒光梳技术实现光学频率和微波频率的相干链接,也就是前文提到的新技术。

简单来说,从形状上看,飞秒光梳很像一把“梳子”,当它被锁模激光器锁定后,便成为了一把可以测量光频率的尺子,每个梳齿即是这把光尺的刻度。光频率梳把光频测量转换成一系列的射频测量,是实现光钟和光频精密测量的一次革命。

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