北京
研究人员使用芯片级光学频率梳，无需笨重的稳定硬件即可连接光信号与微波信号。
美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究人员展示了一种芯片级光学频率梳。它使用两个激光器生成精确的光信号，而无需早期某些设计所需的笨重稳定设备。
这一进展可能有助于使光学原子钟更小，并更适合在实验室外使用。此类时钟最终有望在GPS信号不可用或被干扰时，为无人机、潜艇和其他车辆中的导航系统提供支持。
该器件依赖一种名为微谐振器的微型环形结构。来自两个激光器的光在环中循环，产生一系列等间隔的光频率，可用作高精度测量参考。
研究人员与NIST和马里兰大学合作设立的联合量子研究所（JQI）的同事合作。他们表示，该方法解决了开发紧凑型频率梳的一个关键障碍：在不增加高耗电设备的情况下生成稳定、高质量的信号。
双激光器替代硬件
光学频率梳的工作原理很像用于光的尺子。它不是用等间隔刻度测量距离，而是产生一系列精确分隔的频率，使科学家能够以极高精度测量光。
这些器件是光学原子钟的重要组成部分。光学原子钟利用原子在光频段的振动来测量时间。
传统光学频率梳系统可能需要多个组件来稳定其信号。尽管研究人员已经开发出使用微谐振器的微型版本，但维持所需信号质量仍可能需要额外设备。
NIST的方法将来自两个激光器的光送入同一个微谐振器。它们的相互作用产生光学测量所需的等间隔频率，同时避免了早期单激光方法相关的额外稳定硬件。
研究人员制造了包含多达300个微型环形谐振器的芯片。这些结构提供了生成频率梳信号所需的光学环境。
据NIST称，双激光技术无需依赖曾限制某些此前设计的笨重实验室装置，就能产生高质量频率梳。
该演示涉及的是频率梳组件，而不是完整的便携式原子钟。NIST尚未报告使用该新器件的完整导航系统。
超越GPS的精密授时
光学原子钟可为不能完全依赖卫星信号的导航系统提供精确的授时参考。
GPS的工作原理是利用来自卫星的精确定时信号来确定位置。当这些信号被遮挡、扰乱或故意干扰时，车辆可能需要其他方法来维持可靠导航。
紧凑型光学时钟最终可通过在车辆上提供稳定的授时参考，为这类系统作出贡献，从而减少对外部信号的依赖。
潜在应用包括自主无人机、潜艇以及其他在卫星导航不可靠环境中运行的其他车辆。NIST还将矿产勘探和油气勘测列为便携式光学时钟的可能用途。
然而，该研究并未证明这种新型微梳能够独立提供无GPS导航。还需要额外的时钟组件和导航技术。
下一个挑战是将已展示的光学性能转化为实用仪器，以满足移动平台在尺寸、功耗和可靠性方面的要求。
通过减少产生稳定光频率所需的支持硬件，研究人员展示了一种有助于使精密授时设备更加便携的组件。
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