思克莱德大学:物理学家“开启”超精密光学时钟的未来

包括思克莱德大学拉夫堡大学和苏塞克斯大学在内的科学家的国际合作解决了便携式超精密光学时钟开发的一个主要障碍。

研究人员已经研究出,旨在取代 GPS 和 Galileo 等卫星导航系统的光学时钟如何可靠地“打开”并保持运行。

光学原子钟是时间测量设备的巅峰之作,每百亿年损失不到一秒,但它们目前是重达数百公斤的大型设备,需要放置在精确的条件下。

便携式光学时钟被誉为超精密时钟的未来——卫星地理测绘的超可靠替代品,世界各地的科学家都在竞相开发可在现实世界环境中工作的时钟。

到目前为止,光学时钟的计时元件的一个关键组成部分,微型梳子——通过同时发射许多精确颜色、频率均匀分布的超快激光束充当光学标尺——已被证明是有问题的。它们的物理特性使它们无法启动,并且——至关重要的是——保持在运行状态。

国际合作在《自然》杂志上发表的一篇新论文中解决了这个问题,开发了一种使这些超快激光束自启动并确保其稳健性的方法,为现实世界的便携式光学时钟应用铺平了道路在超灵敏医疗仪器、超快速在线通信网络和导航系统中。

该项目的负责人、拉夫堡大学的 Alessia Pasquazi 教授说:“表现良好的微梳使用一种特殊类型的波,称为空腔-孤子,这种波并不容易获得。就像汽油车的发动机一样,微型梳子更喜欢保持在“关闭状态”。启动汽车时,您需要一个能使发动机正常旋转的启动马达。

“目前,微型梳子没有一个好的‘启动马达’。这就像你的汽车电池不断坏,每次需要使用时都需要有人将它推下坡,希望它能够启动。如果你想象当有人在房间里简单地讲话时,腔孤子通常会在微梳激光器中消失,你就会发现我们在这里遇到了问题。

“现在我们找到了一种方法,可以让系统自启动并永远保持在所需的空腔-孤子状态——自恢复——独立于外部扰动。”

“空腔孤子是 1990 年代中期在 Strathclyde 理论上发现的,这些微梳器件的关键元素”,该大学物理系的 Strathclyde 国际合作成员 Gian-Luca Oppo 教授说。

“看到这些数学波形在这些自启动设备中通过实验实现,与我们的模拟结果一一对应,并造福于整个社会,这是非同寻常的。”

这篇名为“ Self-emergence of robust solitons in a micro-cavity”的论文发表在《自然》杂志上,以证明科学成果的影响和广泛应用。

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