科研人员拟打造精准到厘米的GPS光钟

  据外媒报道,对于17世纪的手来说,即便能够拥有一座精准的导航时钟,如果它非常脆弱导致无法上船,那么它的存在也就没有任何意义了。同样的情况也发生在未来用于GPS卫星的超精准光钟上。我们现在生活在一个越来越依赖GPS定位、导航、测量甚至控制造船厂和仓库库存的时代,通过锁定四颗或更多卫星的信号,人们可以在几秒钟之内分追踪到地球上的任何一个位置,不过它的精准度还不够优秀。

  造成这一问题的根源来自GPS对安装在卫星上的原子钟的依赖。据了解,原子钟会根据微波范围下振动的铯原子变化形成“时间戳”。为了实现更高的精密度和准确度,工程师们想到把这种振动换成频率更小的可见光,其能将频率提高10万倍,此时则需要一个光钟。

  这种光钟可以大大提升精准度,其精准度能比传统原子钟高出100到1000万倍。不过为了能读出频率,工程师必须要降低这些光钟的输出数值,这样它们的摆动才能跟微波原子钟连接。此时就需要用上光频梳,它在光钟中扮演着如同减速齿轮的角色。这套设备每隔1/10万亿分之秒向可见光发出激光然后将其分割成上百万个梳齿。通过将这些梳齿跟原子钟的振动连接到一起,一个准确度更高、可读性更强的光钟就此诞生。

科研人员拟打造精准到厘米的GPS光钟

  不过想要使用这套全新的系统还不得不面临以下这个难题:频率梳(然后是光钟)非常笨重和脆弱。为此,Menlo Systems的Matthias Lezius及其团队打造了一座能够在零重力环境下运转的光钟,未来它将可能会实现厘米级别的GPS定位。

  虽然这支团队打造的光钟还需要用到光纤且无法做到全自动,但它却解决了笨重的问题,据悉,它的重量只有22公斤,尺寸大小只有22x14.2厘米。另外,它只需要70瓦的能量就能运行并且足够承受火箭运送过程中的环境变化。

科研人员拟打造精准到厘米的GPS光钟

  虽然这套全新的光钟能运转起来,但它的精准度仍旧不够,对此,团队表示他们已经开始致力下一代的研发工作。据了解,全新的光钟计划明年送上太空。

  研发团队表示,希望有朝一日能打造一个只有几公斤重、体积只有3L、所需能源只要10瓦的光钟。此外,他们还指出,该光钟未来将不仅仅适用于GPS卫星,它还能在温室气体遥感卫星、紧密气象测量以及地球监测等领域找到用处。

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