精確計(jì)時(shí)對(duì)于全球?qū)Ш健⑿l(wèi)星測(cè)繪、建立系外行星組成和下一代電信等系統(tǒng)至關(guān)重要。但原子鐘目前是巨大的設(shè)備，重達(dá)數(shù)百公斤，需要安裝在精確、難以維護(hù)的條件下。 這就是為什么來(lái)自世界各地的科學(xué)家正在競(jìng)相制造可在現(xiàn)實(shí)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(dǎo)航系統(tǒng)，如GPS和Galileo。 現(xiàn)在，在Sussex大學(xué)進(jìn)行的研究以及Loughborough大學(xué)繼續(xù)進(jìn)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(gè)主要障礙，解決了如何可靠地“打開”它們的計(jì)數(shù)設(shè)備并使其保持運(yùn)行。 空腔孤子的自然發(fā)生。 Microcombs是未來(lái)光學(xué)原子鐘的基本組成部分。Microcombs允許人們計(jì)算鐘中“原子鐘擺”的振蕩，將每秒數(shù)百萬(wàn)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(cè)量的頻率。 基于電子兼容的光學(xué)微芯片，微控制器是下一代超精密計(jì)時(shí)裝置小型化的最佳選擇。它們是尖端激光技術(shù)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(dú)特的光譜開啟了一系列應(yīng)用，將超精密計(jì)時(shí)和光譜學(xué)相結(jié)合，可能導(dǎo)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(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，它們也無(wú)法保持狀態(tài)，那么這一切都不可能實(shí)現(xiàn)，”Alessia Pasquazi教授說(shuō)。 在《自然》雜志上發(fā)表的一篇新論文中，Pasquazi教授和她的團(tuán)隊(duì)在Sussex大學(xué)進(jìn)行的研究發(fā)現(xiàn)了一種方法，可以讓系統(tǒng)自行啟動(dòng)，并保持在一種基本上自我恢復(fù)的穩(wěn)定狀態(tài)。 Pasquazi教授說(shuō):“我們基本上有一個(gè)‘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(huì)回到原來(lái)的狀態(tài)?！? 狀態(tài)圖。 “一個(gè)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(dāng)你啟動(dòng)汽車時(shí)，你需要一個(gè)啟動(dòng)馬達(dá)，讓引擎正常旋轉(zhuǎn)。而目前，microcombs沒有良好的‘啟動(dòng)馬達(dá)’。” 在Sussex大學(xué)從事這項(xiàng)研究的Marco Peccianti教授補(bǔ)充說(shuō):“2019年，我們已經(jīng)證明了可以使用一種不同類型的波來(lái)獲得微梳?！盡arco Peccianti教授是Loughborough大學(xué)新成立的應(yīng)急光子研究中心的負(fù)責(zé)人。 “我們稱它們?yōu)榧す饪涨还伦?，因?yàn)槲覀冎苯訉⑽⑿酒度氲綐?biāo)準(zhǔn)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(gè)過(guò)程稱為‘自我出現(xiàn)’?！?EPSRC量子技術(shù)研究員 Juan Sebastian Totero Gongora博士解釋說(shuō):“它就像一個(gè)簡(jiǎn)單的熱力學(xué)系統(tǒng)，受溫度和壓力等‘全局變量’的控制。在大氣壓下，無(wú)論水分子以前發(fā)生了什么變化，在零下5度時(shí)，你總是肯定會(huì)發(fā)現(xiàn)水是冰，在100度以上時(shí)，你總是會(huì)發(fā)現(xiàn)水是蒸汽?！? 狀態(tài)圖光學(xué)增益和內(nèi)腔功率測(cè)量。 Maxwell Rowley博士在Sussex 大學(xué)和Pasquazi教授一起開發(fā)了這個(gè)系統(tǒng)，他現(xiàn)在在CPI TMD技術(shù)公司工作，該公司是通信與電力工業(yè)(CPI)的一個(gè)部門，繼續(xù)將微型梳商業(yè)化。他補(bǔ)充說(shuō):“類似地，當(dāng)我們將驅(qū)動(dòng)激光的電流設(shè)置到合適的值時(shí)，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(gè)設(shè)置和遺忘系統(tǒng)——一個(gè)總是能恢復(fù)正確狀態(tài)的‘永恒引擎’?！?研究這種技術(shù)是新成立的Emergent Photonics實(shí)驗(yàn)室研究中心的一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)，該中心將專注于拉夫堡的前沿光學(xué)技術(shù)。 microcombs是創(chuàng)建便攜式、超精確時(shí)間基準(zhǔn)的核心組件，是當(dāng)前和下一代電信(5、6G+和光纖通信)、網(wǎng)絡(luò)同步(如電網(wǎng))所急需的，它將減少我們對(duì)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(xué)Matthias Keller教授領(lǐng)導(dǎo)，采用CPI TMD技術(shù)，并在量子技術(shù)方面進(jìn)行更廣泛的合作，包括加拿大國(guó)家科學(xué)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(shuō):“microcombs有望徹底改變電信網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)殡娦啪W(wǎng)絡(luò)使用許多不同的顏色來(lái)傳輸盡可能多的信息。雖然目前的網(wǎng)絡(luò)對(duì)每種顏色都使用單獨(dú)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(jì)時(shí)。” “追求下一代電信技術(shù)是我們與Swinburne大學(xué)和合著者David Moss教授合作的目標(biāo)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(xué)尺子’能夠幫助他們尋找系外行星?！?/p>