激光代替微波探测：打造便携式原子钟

来自麻省理工学院(MIT)和德雷伯实验室的研究人员提出一种新的方法用于原子计时，这种方法或许可以使便携式原子钟更稳定，更精确。尺寸也有可能缩小到一个魔方大小，而不再是一间屋子。

芯片尺寸的原子钟(CSACs)已经商业化，研究人员说这些火柴盒大小的低功率器件，随时间漂移，而且比喷泉钟精确性差，比设定世界标准时间的原子钟大很多。但是，喷泉钟是最精确的计时器，不可能为了便携而牺牲稳定性。

Krish Kotru既是MIT航空航天学院的研究生同时也是德雷伯实验室的研究员，他说道：“你可以在皮卡或者拖车上放一台原子钟，但我猜它无法承受路上的颠簸。我们有一个好方法可以做出一个紧凑的强大的时钟，比CSACs要好几个数量级，而且长时间内更稳定。”

在新的时钟里，基于受激拉曼跃迁，碱金属原子与光子以一定的顺序被提取出来。研究人员实施了被称为拉曼绝热快速通道(ARP)的方法，这是探究原子光学的一种路径，可以使时钟有两个数量级的提高。

Kotru说这种便携式，稳定度好的原子钟可以在没有GPS信号的环境中使用，比如在水下或者室内。也可以在军事上的恶劣环境中使用，这种环境中传统的导航系统都被信号干扰了。

激光代替微波探测

如今最精确的原子钟是以铯原子作为基准。从1960年以来，一秒被定义为铯原子在两个能级间振荡9，192，631，770次所用的时间。为了测定这个频率，喷泉钟上抛冷铯原子云几英尺高，通过微波光束，测定他们上抛，回落的振荡。

该研究组选择用激光束取代微波束，这样会更容易在空间中控制，需要的空间也更少。虽然一些原子钟也会使用激光束，但他们经常会受到“AC斯塔克位移”困扰，这时由于原子暴露在激光器产生的电场中时，它的谐振频率会产生位移。这种位移会轻易毁掉原子钟的精确度。Kotru和他的团队试图寻找到使用激光束，同时能避免AC斯塔克位移的方法。

基于激光的原子钟，激光光束的频率和强度是固定的。但拉曼ARP应用的激光脉冲强度和频率是变化的。

Kotru说：“对于我们的方法，我们打开激光脉冲和调节它的强度，都是逐渐的将它打开和关掉。我们调制激光的频率，把它限制在很窄的范围内。仅仅通过做好这两项工作，就可以很大程度的降低系统效应的影响，比如斯塔克位移。”

他认为这种系统的稳定性和精确度可以媲美现如今在GPS卫星中使用的基于微波的原子钟，但那种原子钟笨重而且昂贵。

该团队现在正致力于减小系统其他组件的尺寸，包括真空室和电子设备。