Måneder lang, realtidsgenerering af en tidsskala baseret på et optisk ur

National Institute of Information and Communications Technology (NICT) genererede et real-time signal om en præcis tidsskala ved at kombinere et optisk gitterur og en brintmaser. Signalet genereret i dette optisk-mikrobølgehybridsystem fortsatte i et halvt år uden afbrydelse. Den resulterende enhed på et sekund var mere præcis end Coordinated Universal Time (UTC) på denne dato, og tiden afvigede med 0,8 nanosekunder i et halvt år i forhold til TT (BIPM), hvor TT (BIPM) er den mest nøjagtige tidsskala efterbehandlet af International Bureau of Weights and Measures (BIPM). Denne demonstration viser evnen til at holde tid med hensyn til den fremtidige optiske definition af den anden, som kan realiseres i løbet af de næste 10 år. Denne præstation blev offentliggjort i en open-access journal Videnskabelige rapporter den 9. marts 2018.

Nationale standardtider opretholdes for at blive synkroniseret med UTC. Da cæsiumhyperfin-overgangen definerer længden af ​​en-sekundsenheden, vedligeholdelse af nøjagtige Cs ure er ligetil at holde tiden. Optiske ure, på den anden side, gjort hurtige fremskridt for nylig og nåede meget mindre systematisk usikkerhed end mikrobølge standarder. Alligevel, ingen har hidtil genereret et realtids signal af en tidsskala ved hjælp af optiske ure, fordi det stadig er svært at betjene et optisk ur kontinuerligt i en måned eller længere.

Forskere i NICT Space-Time Standards Laboratory, herunder atomfysikere og tidskomponerende eksperter, demonstreret en ny tidsskalegenereringsteknik kaldet den optisk-mikrobølgehybrid-tidsskala, som kombinerer et optisk gitterur med en brintmaser (HM). Strontium-87 gitteruret bruges tyndt i tre timer en gang om ugen. Denne operation kalibrerer frekvensen af ​​HM, og målingerne i de seneste 25 dage giver dem mulighed for at forudsige, hvordan HM -tikkeshastigheden vil ændre sig. Derefter, på forhånd, de kan indstille justeringen af ​​HM -frekvensen i den følgende uge for at kompensere den forudsagte frekvensdrift.

Den resulterende tidsskala blev sammenlignet med to såkaldte "papirure, "UTC og TT (BIPM). UTC overvåges ofte af de topmoderne Cs-springvandfrekvensstandarder, som drives af nationale metrologiske institutter, og resultatet rapporteres til BIPM. En gang om året i januar, BIPM inkorporerer resultatet af disse kalibreringer og foretager yderligere korrektioner til tidligere UTC. Dette er TT (BIPM) og er det mest præcise "papirur". Som vist i fig. 2, tidsforskellen på den optiske tidsskala mod UTC udvidet til otte nanosekunder på fem måneder, men det mod TT (BIPM) forblev på mindre end 1 nanosekund. Disse resultater indikerer, at den optiske tidsskala er mere præcis end UTC og i det mindste kan sammenlignes med TT (BIPM) med hensyn til nøjagtighed og stabilitet. UTC og TT (BIPM) er numeriske produkter beregnet på udskudt tid ved at samarbejde med mere end 400 atomure og state-of-the-art Cs springvand over hele verden. På den anden side, signalet genereret i NICT er et reelt signal, der tikkede hvert sekund i løbet af de seks måneder.

"Vi tjener samfundet ved at give tid uendeligt uden afbrydelser. Den optisk-mikrobølgehybride hybridmetode, der demonstreres her, bringer fordelen ved optiske frekvensstandarder til at holde tiden." Tetsuya Ido, sagde direktør for NICT Space-Time Standards Laboratory.

En anden ting at bemærke er indvirkningen på den fremtidige omdefinering af SI -sekund, hvortil fællesskabet af tid og frekvensmetrologi for nylig har startet diskussionen. Det lykkedes hybridmetoden at evaluere gennemsnitsfrekvensen på en måned for UTC i alle seks måneder, og resultaterne var i overensstemmelse med andre evalueringer rapporteret fra de state-of-the-art Cs springvand. Muligheden for at kalibrere UTC på grundlag af optiske ure er en af ​​forudsætningerne for den fremtidige omdefinering.

NICT genererer Japan Standard Time (JST). NICT sigter mod at anvende denne hybridmetode til JST -generationssystemet trin for trin. Det næste trin ville være at etablere en redundans af optiske frekvensreferencer. Et andet optisk gitterur eller single-ion ure fungerer. De kan bruge dem i andre laboratorier ved at oprette forbindelse til dem via et optisk fibernetværk eller satellitbaseret frekvensoverførsel.

Tetsuya siger, "Meget præcise optiske ure forventes at være geodetiske sensorer til at detektere variationen i gravitationsmiljøet. Sådanne applikationer kræver en reference, der forbliver uændret. Meget nøjagtig og stabil national tidsskala kan spille denne rolle, der er tilgængelig i 24h/7d som en infrastruktur. "