Il chip microcomb del NIST usa due laser per orologi atomici portatili
Un pettine di frequenze ottico compatto sviluppato con l'Università del Maryland elimina l'ingombrante hardware di stabilizzazione per favorire la navigazione senza GPS.
Di Giovanni Sapere
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I ricercatori del National Institute of Standards and Technology e del Joint Quantum Institute hanno dimostrato un pettine di frequenze ottico su chip alimentato da due laser. Questa innovazione hardware genera frequenze di riferimento stabili senza l'ingombrante e dispendiosa strumentazione esterna che in precedenza confinava tali strumenti nei laboratori. Lo sviluppo segna un passo cruciale verso la miniaturizzazione degli orologi atomici ottici per veicoli autonomi, rilevamenti di risorse e ambienti in cui il timing satellitare non è disponibile.
Due laser sostituiscono l'ingombrante hardware da laboratorio
Il pettine di frequenze ottico appena dimostrato funziona come un righello ad alta precisione per la luce, generando frequenze equispaziate per misurare i segnali ottici con estrema accuratezza. Come riportato da Interesting Engineering, i sistemi a pettine convenzionali si affidano a un complesso hardware di supporto per mantenere stabili le uscite ottiche. Instradando la luce di due laser nella stessa cavità ottica, i ricercatori del National Institute of Standards and Technology hanno eliminato la necessità di quei voluminosi strumenti di controllo esterni. Questo progresso tecnico rappresenta una notevole innovazione nella fotonica, affrontando una barriera di lunga data nella miniaturizzazione degli strumenti ottici.
Architettura a micro-risonatore su un singolo chip
Al centro dell'invenzione c'è una struttura microscopica a forma di anello chiamata micro-risonatore. Secondo Interesting Engineering, la luce che circola nell'anello stabilisce le interazioni ottiche necessarie a produrre il pettine di frequenze. Il team congiunto del NIST e del Joint Quantum Institute, una partnership di ricerca con l'Università del Maryland, ha fabbricato chip di prova che ospitano fino a 300 micro-risonatori. Ogni minuscolo anello fornisce l'ambiente ottico necessario a generare segnali puliti, consentendo a ciascun inventore coinvolto di esplorare configurazioni di dispositivi scalabili su un singolo chip a semiconduttore.
Timing di precisione oltre i segnali satellitari
Lo sviluppo è rivolto agli orologi atomici ottici, che misurano il tempo tramite le rapide vibrazioni degli atomi alle frequenze ottiche. I sistemi di navigazione satellitare come il GPS si basano su un timing sincronizzato per calcolare le posizioni geografiche, ma tali segnali possono essere disturbati, disturbati intenzionalmente o bloccati sottoterra e sott'acqua, come evidenziato da Interesting Engineering. Orologi ottici compatti dotati del nuovo design del chip potrebbero fornire riferimenti di timing di bordo per droni autonomi, sottomarini e veicoli per l'esplorazione mineraria. Affrontando i limiti di potenza e di ingombro dei precedenti pettini di frequenze, l'invenzione offre una via verso sistemi di posizionamento autonomi che operano senza connettività esterna.
Sfide ingegneristiche verso la messa in esercizio
Sebbene i chip sperimentali dimostrino il concetto dei due laser, Interesting Engineering sottolinea che la dimostrazione riguarda solo il componente del pettine di frequenze e non un orologio atomico funzionante. Per costruire sistemi da campo dispiegabili, un inventore o un team di ingegneri deve ancora integrare il chip con pacchetti di riferimento atomico, driver laser e circuiti elettronici di controllo. La ricerca futura si concentrerà sul tradurre questi benchmark di laboratorio in hardware robusto che soddisfi le esigenze di dimensioni, potenza e durata delle piattaforme di trasporto mobile.
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