Forskere et skridt nærmere et ur, der kunne erstatte GPS og Galileo

Forskere i Emergent Photonics Lab (EPic Lab) ved University of Sussex har gjort et gennembrud til et afgørende element i et atomur - enheder, som kan reducere vores afhængighed af satellitkortlægning i fremtiden - ved hjælp af banebrydende laserstråleteknologi. Deres udvikling forbedrer i høj grad effektiviteten af ​​lancetten (som i et traditionelt ur er ansvarlig for at tælle), med 80 % - noget, som videnskabsmænd rundt om i verden har kæmpet for at opnå.

I øjeblikket, Storbritannien er afhængig af USA og EU for den satellitkortlægning, som mange af os har på vores telefoner og i vores biler. Det gør os sårbare ikke kun over for international politiks luner, men også til tilgængeligheden af ​​satellitsignaler.

Dr. Alessia Pasquazi fra EPic Lab på School of Mathematical and Physical Sciences ved University of Sussex forklarer gennembruddet:"Med et bærbart atomur, en ambulance, for eksempel, vil stadig kunne få adgang til deres kortlægning, mens de er i en tunnel, og en pendler vil være i stand til at planlægge deres rute, mens de er i undergrunden eller uden mobiltelefonsignal på landet. Bærbare atomure ville fungere på en ekstremt nøjagtig form for geo-mapping, giver adgang til din placering og planlagte rute uden behov for satellitsignal.

"Vores gennembrud forbedrer effektiviteten af ​​den del af uret, der er ansvarlig for at tælle, med 80%. Dette tager os et skridt tættere på at se bærbare atomure erstatte satellitkortlægning, som GPS, hvilket kan ske inden for 20 år. Denne teknologi vil ændre folks hverdag og potentielt være anvendelig i førerløse biler, droner og rumfartsindustrien. Det er spændende, at denne udvikling er sket her hos Sussex."

Optiske atomure er på toppen af ​​tidsmålingsapparater, taber mindre end et sekund hvert tiende milliard år. Men i øjeblikket de er massive enheder, vejer flere hundrede kilo. For at få en optimal praktisk funktion, som kan bruges af din gennemsnitlige person, deres størrelse skal reduceres kraftigt, samtidig med at de store ures nøjagtighed og hastighed bevares.

I et optisk atomur, referencen (pendulet i et traditionelt ur) er direkte afledt af kvanteegenskaben for et enkelt atom, der er indespærret i et kammer:det er det elektromagnetiske felt af en lysstråle, der oscillerer hundreder af billioner af gange i sekundet. Det urtælleelement, der kræves for at arbejde ved denne hastighed, er en optisk frekvenskam - en højt specialiseret laseremitterende, samtidigt, mange præcise farver, jævnt fordelt i frekvens.

Mikrokamme nedbringer dimensionen af ​​frekvenskamme ved at udnytte bittesmå enheder kaldet optiske mikroresonatorer. Disse enheder har fanget fantasien hos det videnskabelige samfund over hele verden i løbet af de sidste ti år, med deres løfte om at realisere det fulde potentiale af frekvenskamme i en kompakt form. Imidlertid, de er sarte enheder, komplekse at betjene og opfylder typisk ikke kravene til praktiske atomure.

Gennembruddet på EPic Lab, detaljeret i et papir offentliggjort i dag (mandag 11. marts) i tidsskriftet, Naturfotonik , er demonstrationen en usædvanlig effektiv og robust mikrokam baseret på en unik form for bølge kaldet en 'laser cavity soliton'.

Dr. Pasquazi fortsætter:"Solitoner er specielle bølger, der er særligt robuste over for forstyrrelser. Tsunamier, for eksempel, er vandsolitoner. De kan rejse uforstyrret over utrolige afstande; efter jordskælvet i Japan i 2011 nåede nogle af dem endda så langt som til Californiens kyst.

"I stedet for at bruge vand, i vores eksperimenter udført af Dr. Hualong Bao, vi bruger lysimpulser, indespærret i et lille hulrum på en chip. Vores karakteristiske tilgang er at indsætte chippen i en laser baseret på optiske fibre, det samme bruges til at levere internet i vores hjem.

"Den soliton, der rejser i denne kombination, har fordelen ved fuldt ud at udnytte mikrohulrummenes muligheder for at generere mange farver, samtidig med at den tilbyder robustheden og alsidigheden af ​​styring af pulserende lasere. Det næste skridt er at overføre denne chip-baserede teknologi til fiberteknologi - noget, som vi er usædvanligt godt placeret på University of Sussex til at opnå."

Professor Marco Peccianti fra University of Sussex EPic Lab tilføjer:"Vi bevæger os hen imod integrationen af ​​vores enhed med den ultrakompakte atomreference (eller pendul) udviklet af professor Matthias Kellers forskningsgruppe her på University of Sussex. sammen, vi planlægger at udvikle et bærbart atomur, der kan revolutionere den måde, vi tæller tid på i fremtiden.

"Vores udvikling repræsenterer et væsentligt skridt fremad i produktionen af ​​praktiske atomure, og vi er ekstremt begejstrede for vores planer, som spænder fra partnerskaber med den britiske luftfartsindustri, som kan blive realiseret inden for fem år, til bærbare atomure, der kan anbringes i din telefon og i førerløse biler og droner inden for 20 år."