光学原子钟小型化获得突破：GPS定位将迎来革命性升级

光学原子钟可以将手机、电脑和GPS系统中的时间和地理定位精度提高千倍，但其体积庞大且复杂，难以广泛应用。美国普渡大学和瑞典查尔姆斯理工大学的研究团队开发了一项新技术，利用芯片上的微腔光梳（microcomb），使超精密光学原子钟系统大幅缩小并更易于使用，为导航、自动驾驶和地理数据监测等领域带来重大突破。

目前，全球400多台原子钟为我们的设备提供了高精度的时间和定位服务。然而，现有的光学原子钟体积庞大，需要复杂的实验室环境，限制了其在卫星、远程研究站或无人机等场景的应用。研究团队通过微腔光梳芯片解决了这一问题。光梳芯片能够生成一系列均匀分布的光频率，将光学原子钟的高频信号转换为电子电路可处理的射频信号，同时大幅缩小系统体积。微腔光梳芯片在光学信号和射频信号之间架起桥梁，使原子钟系统在保持超高精度的同时实现小型化。

研究团队还解决了系统稳定性和频率对齐的难题。通过配对两个频率间隔相近但略有偏移的微型光梳，生成了一个20 GHz的偏移频率作为可检测的时钟信号，从而将原子钟的精确时间信号转换为更易处理的射频信号。此外，该技术还采用了集成光子学，将光频梳、原子源和激光器等光学元件集成在微米至毫米尺寸的光子芯片上，显著降低了系统的体积和重量。

这一创新为大规模生产铺平了道路，使光学原子钟在科学和社会应用中更加经济实惠和普及。研究团队表示，未来将通过材料和制造技术的进步进一步优化该技术，推动超精密计时成为手机和电脑的标准功能。

《每日科学》网站（www.sciencedaily.com）