Ученые из Сассекса на шаг ближе к часам, которые могут заменить GPS и Galileo

Ученые из лаборатории фотоники (EPic Lab) в Университете Сассекса совершили прорыв в создании важнейшего элемента атомных часов - устройств, которые могут уменьшить нашу зависимость от спутникового картографирования в будущем, - используя передовые технологии лазерного луча. Их разработка значительно повышает эффективность lancet (который в традиционных часах отвечает за подсчет) на 80% - то, к чему стремились ученые всего мира.

В настоящее время Великобритания зависит от США и ЕС в области спутниковой картографии, которую многие из нас имеют на своих телефонах и в наших автомобилях. Это делает нас уязвимыми не только перед капризами международной политики, но и перед доступностью спутникового сигнала.

Доктор Алессия Паскуази из EPic Lab в Школе математических и физических наук Университета Сассекса объясняет прорыв: "С портативными атомными часами скорая помощь, например, сможет получить доступ к своим картам, находясь в туннеле, а пассажиры пригородных поездов смогут планировать свой маршрутнаходясь в метро или без сигнала мобильного телефона в сельской местности. Портативные атомные часы будут работать на чрезвычайно точной форме геокартирования, позволяя получить доступ к вашему местоположению и спланировать маршрут без необходимости спутникового сигнала.

"Наш прорыв повышает эффективность части часов, отвечающей за подсчет, на 80%. Это приближает нас на один шаг к тому, чтобы портативные атомные часы заменили спутниковые карты, такие как GPS, что может произойти в течение 20 лет. Эта технология изменит повседневную жизнь людей, а также потенциально может быть применима в беспилотных автомобилях, беспилотных летательных аппаратах и аэрокосмической промышленности. Удивительно, что это событие произошло здесь, в Сассексе".

Оптические атомные часы находятся на вершине устройств для измерения времени, теряя менее одной секунды каждые десять миллиардов лет. Однако в настоящее время это массивные устройства весом в сотни килограммов. Чтобы иметь оптимальную практическую функцию, которую мог бы использовать обычный человек, их размер необходимо значительно уменьшить, сохранив при этом точность и скорость крупномасштабных часов.

В оптических атомных часах эталон (маятник в традиционных часах) напрямую определяется квантовым свойством одного атома, заключенного в камере: это электромагнитное поле светового луча, колеблющегося сотни триллионов раз в секунду. Элементом для подсчета часов, необходимым для работы с такой скоростью, является оптическая частотная гребенка - высокоспециализированный лазер, излучающий одновременно множество точных цветов, равномерно распределенных по частоте.

Микро-гребенки уменьшают размерность частотных гребенок, используя крошечные устройства, называемые оптическими микрорезонаторами. За последние десять лет эти устройства захватили воображение научного сообщества по всему миру, обещая реализовать весь потенциал частотных гребенок в компактной форме. Тем не менее, это тонкие устройства, сложные в эксплуатации и, как правило, не отвечают требованиям практических атомных часов.

Прорыв в лаборатории EPic, подробно описанный в статье, опубликованной сегодня (в понедельник, 11 марта) в журнале Nature Photonics, - это демонстрация исключительно эффективной и надежной микро-гребенки, основанной на уникальном типе волн, называемых "солитонами лазерного резонатора".

Доктор Паскуази продолжает: "Солитоны - это особые волны, которые особенно устойчивы к возмущениям. Например, цунами - это водные солитоны. Они могут беспрепятственно перемещаться на невероятные расстояния; после землетрясения в Японии в 2011 году некоторые из них даже достигли побережья Калифорнии.

"В наших экспериментах, проведенных доктором Хуалонг Бао, вместо использования воды мы используем импульсы света, заключенные в крошечную полость на чипе. Наш отличительный подход заключается в том, чтобы вставить чип в лазер на основе оптических волокон, такой же, который используется для доставки интернета в наши дома.

"Солитон, который движется в этой комбинации, обладает преимуществом полного использования возможностей микрополостей генерировать много цветов, а также обеспечивает надежность и универсальность управления импульсными лазерами. Следующий шаг - перевести эту технологию на основе чипов на оптоволоконную технологию - то, для чего у нас в Университете Сассекса исключительно хорошие возможности ".

Профессор Марко Печчианти из EPic Lab Университета Сассекса добавляет: "Мы движемся к интеграции нашего устройства с ультракомпактным атомным эталоном (или маятником), разработанным исследовательской группой профессора Маттиаса Келлера здесь, в Университете Сассекса. Работая вместе, мы планируем разработать портативные атомные часы, которые в будущем могут революционизировать способ отсчета времени.

"Наша разработка представляет собой значительный шаг вперед в производстве практических атомных часов, и мы чрезвычайно взволнованы нашими планами, которые варьируются от партнерства с аэрокосмической промышленностью Великобритании, которое может быть реализовано в течение пяти лет, до портативных атомных часов, которые можно разместить в вашем телефоне, в беспилотных автомобилях и других устройствах, беспилотники в течение 20 лет".