【據(jù)美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所網(wǎng)站2019年5月17日報道】美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)在美國加州理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)和Charles Stark Draper實驗室的協(xié)助下，利用硅芯片光子學(xué)集成技術(shù)，制造出了芯片級原子鐘，成功驗證了下一代緊湊型光學(xué)原子鐘架構(gòu)。NIST芯片級原子鐘包括3個芯片及外圍的電子和光學(xué)設(shè)備，其尺寸比通常的原子鐘小很多。三個核心芯片采用與計算機芯片相同微加工方式，支持與電子和光學(xué)器件的進(jìn)一步集成，且可以批量生產(chǎn)，一個是約束銣原子的微型玻璃容器、利用銣原子振動提供時鐘基準(zhǔn)，另兩個頻率梳芯片負(fù)責(zé)將銣原子的光學(xué)高頻振動轉(zhuǎn)換為廣泛應(yīng)用的微波頻率。

標(biāo)準(zhǔn)的原子鐘是基于銫原子的自然振動，工作在微波頻率，而NIST的光學(xué)原子鐘工作在太赫茲頻率，因此具有更高的精度，生成的時鐘信號頻率為22GHz，每4000秒的誤差是17萬億分之一，精度比目前微波原子鐘高約100倍，如果采用低噪聲激光，精度還可進(jìn)一步提升。NIST的光學(xué)原子鐘的核心芯片的功耗目前只有275毫瓦，未來利用更復(fù)雜的光電集成技術(shù)尺寸還可以進(jìn)一步縮小用于手持設(shè)備，最終將會取代目前用于導(dǎo)航系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)以及衛(wèi)星時鐘備份的傳統(tǒng)振蕩器。該項研究得到了美國DARPA和“芯片上的NIST”項目的資助，相關(guān)論文《Architecture for the photonic integration of an optical atomic clock》已在Optica期刊上發(fā)表。