Современные GPS-системы, опирающиеся на сеть из более 400 атомных часов по всему миру, обеспечивают точность позиционирования в пределах нескольких метров. Однако исследователи из Университета Пердью (США) и Технологического университета Чалмерса (Швеция) разработали революционную технологию, способную повысить эту точность до нескольких сантиметров.
В основе прорыва лежит технология оптических атомных часов, использующих лазеры вместо традиционных микроволн для индуцирования колебаний атомов. Такой подход обеспечивает значительно более частые «тики» и, как следствие, существенно большую точность измерения времени.
Ключевой проблемой оптических атомных часов всегда были их внушительные размеры и сложность лабораторных установок, что делало невозможным их применение в спутниках, беспилотниках и удаленных станциях. Решением стали микрочипы с оптическими гребенками – устройства, генерирующие спектр равномерно распределенных световых частот.
«Сегодняшние атомные часы позволяют GPS-системам достигать точности в несколько метров. С оптическими атомными часами мы сможем добиться точности всего в несколько сантиметров», – поясняет профессор Минхао Ци из Университета Пердью.
Исследователи применили инновационный подход, используя два микрогребня вместо одного, с частотами, смещенными относительно друг друга примерно на 20 ГГц. Это позволило преобразовать сверхвысокие оптические частоты атомных часов (сотни терагерц) в доступные для электронных схем радиочастоты.
По словам ведущего автора исследования доктора Кайи Ву, технология интегральной фотоники позволяет объединить частотные гребни, атомные источники и лазеры на крошечных фотонных чипах. Профессор Виктор Торрес Компани из Технологического университета Чалмерса добавляет, что микрогребни служат мостом между оптическими сигналами и радиочастотами, значительно уменьшая размеры всей системы.
Следующим шагом станет интеграция всех компонентов – модуляторов, детекторов, оптических усилителей и микрогребней – на одном чипе. Это откроет путь к массовому производству доступных оптических атомных часов, что революционизирует не только GPS-навигацию, но и автономные транспортные системы, а также позволит точнее отслеживать минимальные изменения поверхности Земли, включая вулканическую активность.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Photonics, демонстрируя реальную возможность создания компактных оптических атомных часов для широкого практического применения.
Изображение носит иллюстративный характер
В основе прорыва лежит технология оптических атомных часов, использующих лазеры вместо традиционных микроволн для индуцирования колебаний атомов. Такой подход обеспечивает значительно более частые «тики» и, как следствие, существенно большую точность измерения времени.
Ключевой проблемой оптических атомных часов всегда были их внушительные размеры и сложность лабораторных установок, что делало невозможным их применение в спутниках, беспилотниках и удаленных станциях. Решением стали микрочипы с оптическими гребенками – устройства, генерирующие спектр равномерно распределенных световых частот.
«Сегодняшние атомные часы позволяют GPS-системам достигать точности в несколько метров. С оптическими атомными часами мы сможем добиться точности всего в несколько сантиметров», – поясняет профессор Минхао Ци из Университета Пердью.
Исследователи применили инновационный подход, используя два микрогребня вместо одного, с частотами, смещенными относительно друг друга примерно на 20 ГГц. Это позволило преобразовать сверхвысокие оптические частоты атомных часов (сотни терагерц) в доступные для электронных схем радиочастоты.
По словам ведущего автора исследования доктора Кайи Ву, технология интегральной фотоники позволяет объединить частотные гребни, атомные источники и лазеры на крошечных фотонных чипах. Профессор Виктор Торрес Компани из Технологического университета Чалмерса добавляет, что микрогребни служат мостом между оптическими сигналами и радиочастотами, значительно уменьшая размеры всей системы.
Следующим шагом станет интеграция всех компонентов – модуляторов, детекторов, оптических усилителей и микрогребней – на одном чипе. Это откроет путь к массовому производству доступных оптических атомных часов, что революционизирует не только GPS-навигацию, но и автономные транспортные системы, а также позволит точнее отслеживать минимальные изменения поверхности Земли, включая вулканическую активность.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Photonics, демонстрируя реальную возможность создания компактных оптических атомных часов для широкого практического применения.
