天星百科

-迷你原子鐘提供更高的精度和可替換PNT的獨立性 - 發布 2019-09-30 - 瀏覽 130

迷你原子鐘提供更高的精度和可替換PNT的獨立性

迷你原子鐘提供更高的精度和可替換PNT的獨立性

所有精準定位和導航的基礎是精準定時。高精度時間是排在第一位的。 GPS時間是根據一組原子鐘定義的,這些原子鐘在衛星軌道上和監測站的地面上運行;這一概念同樣適用于其他GNSS系統。這些原子鐘體積大,非常昂貴,它們最終提供的服務是形成GNSS信號,但是會容易受到若干干擾和偏差的影響。如果可以將廉價的微型原子鐘放置在用戶設備上,可以避免許多這些漏洞并大大提高精度。

美國國防部高級研究計劃局(DARPA)于2003年推出了第一個片式原子鐘(CSAC),并且已經穩步提供資金支助研發,以使時鐘更小、更精確、更便宜。該計劃最近宣布了三個研發項目,有望實現這些目標。

美國國家標準與技術研究院(NIST),加州理工學院與斯坦福大學,和查爾斯·斯塔克·德雷珀實驗室的研究人員合作,展示了一個由三個小芯片組成的由電子學和光學實驗支持的光學原子鐘?;裟崳ざ爰又荽笱グ桶屠中:獻?,正在開發基于由三維激光束排列產生的磁光阱(MOT)的精密原子傳感器。美國宇航局的噴氣推進實驗室(JPL)與SRI國際,加利福尼亞大學戴維斯分校和伊利諾伊大學厄巴納 - 香檳分校的研究人員展示了一種實驗原子鐘,采用基于離子的原子冷卻方法,依靠電離汞和紫外線燈而不是激光。將大型銫束管中的原子鐘縮小到芯片級器件而不會降低性能需要重新考慮許多關鍵部件,包括真空泵和光隔離器,以及組件集成的新方法,John Burke博士說道,他是 DARPA微系統技術辦公室(MTO)的原子鐘增強穩定時鐘(ACES)計劃經理。這些項目可能會導致晶圓級原子鐘生產的新方法。ACES上取得的早期進展表明,在沒有大量工程人力或與當前方法相關的巨額成本的情況下,在開發過程中存在可行的選擇,Burke補充道。

DARPANIST開發的第一代CSAC,現已通過Microsemi商業化,為國防部和民用應用提供了CSAC概念驗證技術。然而,由于其設計基本的物理原理,性能受到溫度敏感性、長期頻率老化以及開啟再現性或回掃的限制。由ACES資助的新開發項目可能最終提供的片式原子鐘,其性能會提升1000倍。便攜式平臺上的這種精確計時可以極大地提高5G網絡的穩健性和普惠性,以及導航、金融交易、分布式云和防御中的許多應用。最終,可以想象它們可能導致PNT替代方案,可以完全不依賴于來自太空的GNSS信號。

NIST-加州理工學院-斯坦福大學-德雷珀實驗室團隊,最近在Optica科學期刊上發表了一篇論文,描述了他們的工作。實驗光學原子鐘由三個芯片和電子學和光學支持部分組成。雖然標準原子鐘使用銫原子并在微波頻率下工作,但這一點在較高頻率下運行并使用激光跟蹤限制在硅片頂部3毫米蒸氣室中的銣原子的振蕩。兩個頻率梳將銣原子的高頻光學刻度轉換為較低的微波頻率,用于PNT應用。與目前的CSAC相比,這可以使精度提高50倍。

 1.由NIST、加州理工學院、斯坦福大學和查爾斯·斯塔克·德雷珀實驗室開發的微制光子光學原子鐘的原理圖(圖片來源:NIST)。

霍尼韋爾 - 加利福尼亞大學Santa Barbarateam擁有精密原子傳感器,使用磁光阱(MOT)代替笨重的鏡頭和鏡子。MOT采用三維布置的激光束在精確點交叉,并通過集成光子芯片實現,該光子芯片引導光路周圍的光。該工藝有望適應復雜光學系統的批量制造,近而降低制造成本。

 2.帶有波導和光柵的硅芯片創建3D激光束模式。在照片中,光引導通道從它們所引導的光線中發光,從芯片中流出的不可見的3D 光束由計算機渲染的疊加表示(資料來源:霍尼韋爾)

 3.ACES 10 cc 封裝,由美國宇航局 JPL 的研究人員開發(資料來源:美國宇航局噴氣推進實驗室)。

JPL-SRI 國際-加利福尼亞大學戴維斯分校-伊利諾斯大學合作致力于使其原型能夠抵抗溫度和環境問題,這是影響原子鐘的關鍵因素。 基于離子的方法涉及深空原子鐘(DSAC),使用電離汞和紫外線燈代替激光。這產生的溫度抗擾度比當前的CSAC大約高100倍,且對磁場的敏感性較低。

【此文章選自《斗室智庫》】


大乐透排列五走势图
在線咨詢
聯系電話

0531-55699979

人力資源

15553160560

技術支持

18963087619

DPF聯系電話

0531-55699979

業務咨詢

13335121121