精確計時對于全球?qū)Ш?、衛(wèi)星測繪、建立系外行星組成和下一代電信等系統(tǒng)至關重要。但原子鐘目前是巨大的設備，重達數(shù)百公斤，需要安裝在精確、難以維護的條件下。 這就是為什么來自世界各地的科學家正在競相制造可在現(xiàn)實環(huán)境中使用的便攜式版本，并可能取代現(xiàn)有的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，如GPS和Galileo。 現(xiàn)在，在Sussex大學進行的研究以及Loughborough大學繼續(xù)進行的研究已經(jīng)解決了這些便攜式原子鐘發(fā)展中的一個主要障礙，解決了如何可靠地“打開”它們的計數(shù)設備并使其保持運行。 空腔孤子的自然發(fā)生。 Microcombs是未來光學原子鐘的基本組成部分。Microcombs允許人們計算鐘中“原子鐘擺”的振蕩，將每秒數(shù)百萬億次的原子振蕩轉(zhuǎn)換為每秒十億次的頻率，這是現(xiàn)代電子系統(tǒng)可以輕松測量的頻率。 基于電子兼容的光學微芯片，微控制器是下一代超精密計時裝置小型化的最佳選擇。它們是尖端激光技術源，由超精密激光線組成，在光譜中等距分布，類似梳狀。 這一獨特的光譜開啟了一系列應用，將超精密計時和光譜學相結(jié)合，可能導致發(fā)現(xiàn)系外行星，或者僅僅基于呼吸掃描的超靈敏醫(yī)療儀器。 空腔孤子自然起始和固有穩(wěn)定性的工作原理。 “如果microcombs如此敏感，即使有人剛進入實驗室，它們也無法保持狀態(tài)，那么這一切都不可能實現(xiàn)，”Alessia Pasquazi教授說。 在《自然》雜志上發(fā)表的一篇新論文中，Pasquazi教授和她的團隊在Sussex大學進行的研究發(fā)現(xiàn)了一種方法，可以讓系統(tǒng)自行啟動，并保持在一種基本上自我恢復的穩(wěn)定狀態(tài)。 Pasquazi教授說:“我們基本上有一個‘永恒的引擎’，就像你看了Snowpiercer一樣，如果發(fā)生了什么干擾，它總是會回到原來的狀態(tài)?！? 狀態(tài)圖。 “一個性能良好的microcombs使用一種特殊類型的波，稱為空腔孤子，這是不容易得到的。就像汽油車的引擎一樣，microcombs也喜歡處于“非狀態(tài)”。當你啟動汽車時，你需要一個啟動馬達，讓引擎正常旋轉(zhuǎn)。而目前，microcombs沒有良好的‘啟動馬達’?！?在Sussex大學從事這項研究的Marco Peccianti教授補充說:“2019年，我們已經(jīng)證明了可以使用一種不同類型的波來獲得微梳?！盡arco Peccianti教授是Loughborough大學新成立的應急光子研究中心的負責人。 “我們稱它們?yōu)榧す饪涨还伦?，因為我們直接將微芯片嵌入到標準激光器中，從而獲得了效率的極大提升。我們現(xiàn)在已經(jīng)證明，我們的孤子可以自然地變成系統(tǒng)的唯一狀態(tài)，我們把這個過程稱為‘自我出現(xiàn)’?！?EPSRC量子技術研究員 Juan Sebastian Totero Gongora博士解釋說:“它就像一個簡單的熱力學系統(tǒng)，受溫度和壓力等‘全局變量’的控制。在大氣壓下，無論水分子以前發(fā)生了什么變化，在零下5度時，你總是肯定會發(fā)現(xiàn)水是冰，在100度以上時，你總是會發(fā)現(xiàn)水是蒸汽?！? 狀態(tài)圖光學增益和內(nèi)腔功率測量。 Maxwell Rowley博士在Sussex 大學和Pasquazi教授一起開發(fā)了這個系統(tǒng)，他現(xiàn)在在CPI TMD技術公司工作，該公司是通信與電力工業(yè)(CPI)的一個部門，繼續(xù)將微型梳商業(yè)化。他補充說:“類似地，當我們將驅(qū)動激光的電流設置到合適的值時，我們可以保證微型梳在我們想要的孤子狀態(tài)下工作。這是一個設置和遺忘系統(tǒng)——一個總是能恢復正確狀態(tài)的‘永恒引擎’?！?研究這種技術是新成立的Emergent Photonics實驗室研究中心的一個關鍵目標，該中心將專注于拉夫堡的前沿光學技術。 microcombs是創(chuàng)建便攜式、超精確時間基準的核心組件，是當前和下一代電信(5、6G+和光纖通信)、網(wǎng)絡同步(如電網(wǎng))所急需的，它將減少我們對GPS的依賴。 這種自發(fā)microcombs將直接用于基于光纖的鈣離子參考材料，該研究由Innovate UK支持，蘇塞克斯大學Matthias Keller教授領導，采用CPI TMD技術，并在量子技術方面進行更廣泛的合作，包括加拿大國家科學研究院(INRS)的合著者Roberto Morandotti教授。 分析穩(wěn)定狀態(tài)的頻率位置。 Pasquazi教授說:“microcombs有望徹底改變電信網(wǎng)絡，因為電信網(wǎng)絡使用許多不同的顏色來傳輸盡可能多的信息。雖然目前的網(wǎng)絡對每種顏色都使用單獨的激光器，但microcombs 將提供一種緊湊、節(jié)能的替代方案，還可能傳輸超精確的計時?！?“追求下一代電信技術是我們與Swinburne大學和合著者David Moss教授合作的目標之一。我們正在與他們的天文部門合作，希望有一天這些‘光學尺子’能夠幫助他們尋找系外行星。”