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新的光学计时器比铯原子钟可靠的10倍

22 Oct 2019 哈米什约翰斯顿
原子钟
可靠的股票代码:物理学家创建了一个全光学原子计时员。 (礼貌:iStock / Altayb)

基于被捕获的锶原子的新计时器累积了48 ps的误差超过34天的操作 - 使其比目前的铯时间标准更可靠10倍。这种性能的新记录已经由美国和德国的物理学家设置,他们使用硅腔和二极管激光器来备份原子产生的时间信号。

目前的国际时间标准是协调的世界时(UTC),它结合了全球数百个铯原子钟的信号。这些时钟在电磁谱的微波区域(在9GHz)中操作,并且这种相对低的频率意味着它们比在大约500至THz的光学频率下操作的原子钟更易于精确。

光学时钟没有更广泛地采用,因为当不能获得时间信号时它们倾向于具有“死区时间”。这种死区时间降低了时钟信号的长期稳定性,使用作时间标准不切实际。可以通过将光信号转换为微波信号来克服这一点,该微波信号用于设置氢气爆发的频率。然后,蒙太座在时钟死区时间内提供稳定的时间信号。然而,这并不理想,因为蒙皮的微波信号本质上不如原始光学信号都不准确。

稳定激光器

更好的解决方案是使用光学激光器而不是蒙皮。但到目前为止,挑战一直在建立一个稳定的激光,长度足以掌握光学时钟。 2012年,在NIST和科罗拉多大学的研究人员 - 博尔德 - 以及Braunschweig中的PTB标准实验室通过将其锁定到冷却到寒冷的120k的硅光学腔中稳定了二极管激光器的频率约100秒。

这不够好,但现在该团队对扩大激光稳定性的系统进行了多次改进。这些改进包括使用超级抛光的光学透镜,激光功率的主动控制以及系统的更好的热控制。

该团队与稳定的激光结合使用稳定的激光器,该光学时钟包括一个被困锶-87原子的1D格子。他们在34天内创建了一个具有48 PS的累计错误的计时员,比全球Metrology Centers的最佳铯钟更加十倍。更重要的是,团队未完成改进系统,可以实现另一个因素十大改进。

重新定义时间

“我认为这个新的时间规模示范对于未来的重新定义是非常重要的,”项目领袖说 Jun Ye.,谁是NIST和科罗拉多大学。

新的计时器可以具有各种其他应用,包括改善射频阵列中的时机,该阵列目前使用氢粉碎机,并提高全球定位系统的准确性。不同地点的一系列计时员甚至可以用于检测通过地球的暗物质的微小引力效果。

研究描述了 物理评论信.

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