Mikrokampasirut parantavat GPS-tarkkuutta tuhatkertaisesti

Optiset atomikellot voivat tuhatkertaistaa ajan ja maantieteellisen sijainnin tarkkuuden matkapuhelimissamme, tietokoneissamme ja GPS-järjestelmissämme. Ne ovat kuitenkin tällä hetkellä liian suuria ja monimutkaisia käytettäväksi laajasti yhteiskunnassa.

Nyt Purduen yliopiston ja Chalmersin teknillisen yliopiston tutkimusryhmä on kehittänyt teknologian, jonka avulla voidaan tehdä äärimmäisen tarkkoja optisia atomikellojärjestelmiä huomattavasti pienemmiksi ja helpommin saavutettaviksi – mikä hyödyttää merkittävästi navigointia, autonomisia ajoneuvoja ja geodatan seurantaa.

Nykyään matkapuhelimemme, tietokoneemme ja GPS-järjestelmämme voivat antaa meille erittäin tarkat aika- ja paikannustiedot maailmanlaajuisen yli 400 atomikellon ansiosta.

Useimmat atomikellot käyttävät mikroaaltotaajuuksia indusoidakseen nämä energiavärähtelyt atomeissa. Viime vuosina on tutkittu mahdollisuutta käyttää sen sijaan laseria värähtelyjen aiheuttamiseen optisesti. Optiset atomikellot mahdollistavat sekunnin jakamisen entistä useammille aikaosille, mikä johtaa tuhansia kertoja tarkempiin aika- ja sijainti-indikaatioihin.

”Nykyiset atomikellot mahdollistavat GPS-järjestelmät muutaman metrin paikkatarkkuudella. Optisella atomikellolla voit saavuttaa vain muutaman senttimetrin tarkkuuden.

Nykyiset optiset atomikellot ovat kuitenkin tilaa vieviä mutta nyt Purduen ja Chalmersin tutkimusryhmä on kehittänyt teknologian, joka tekee optisista atomikelloista huomattavasti pienempiä ja tukee laajempaa käyttöä yhteiskunnassa.

Järjestelmä pienennetään mikrokammoilla. Optisia atomikelloja voidaan rakentaa lukitsemalla mikrokamman hammas ultrakapean viivanleveyden laseriin, joka puolestaan lukittuu atomiseen siirtymään erittäin korkealla taajuusvakaudella. Tällä tavalla taajuuskammat toimivat siltana optisella taajuudella tapahtuvan atomisiirtymän ja radiotaajuuden kellosignaalin välillä, joka on elektronisesti havaittavissa värähtelyjen laskemiseksi – mikä mahdollistaa poikkeuksellisen tarkkuuden.

Vaikka optiset atomikellot tarjoavat paljon suuremman tarkkuuden, värähtelytaajuus on satojen THz:ien alueella – taajuus on liian korkea, jotta elektroniset piirit voisivat "laskea" suoraan. Mutta tutkijoiden mikrokampasirut pystyivät ratkaisemaan ongelman – samalla kun atomikellojärjestelmä kutistui huomattavasti.

”Onneksi mikrokampasirumme voivat toimia siltana atomikellon optisten signaalien ja atomikellojen värähtelyjen laskemiseen käytettyjen radiotaajuuksien välillä. Lisäksi mikrokamman minimaalinen koko mahdollistaa atomikellojärjestelmän merkittävän pienentämisen samalla, kun se säilyttää sen poikkeuksellisen tarkkuuden", sanoo Victor Torres Company, Chalmersin fotoniikan professori ja tutkimuksen toinen kirjoittaja.

Kaksikampajärjestelmämme voi mahdollisesti yhdistää integroidun ioniloukun kanssa, mikä mahdollistaisi tulevaisuudessa sirukokoisia optisia atomikelloja toteavat tutkijat.

Aiheesta aiemmin:

Laser ja mikrokampa samalle sirulle

Navigointia ilman GPS:ää