Chinese onderzoekers hebben een gepulseerde optisch gepompte (POP) atoomklok ontwikkeld met een frequentiestabiliteit van 4,7 x 10 ^-15 om 10 uur ⁴ seconden op basis van een nieuw ontwerp.

De prestatie is opmerkelijk omdat atoomklokken - vaak beschouwd als de meest stabiele frequentiestandaard voor tijdwaarneming - cruciale componenten zijn in wereldwijde navigatiesystemen en internationale communicatiediensten, en frequentiestabiliteit is de sleutel tot hun nauwkeurigheid.

POP-atoomklokken zijn een belangrijke onderzoeksfocus omdat ze licht van gewicht zijn en een uitstekende frequentiestabiliteit vertonen.

Het onderzoek werd geleid door Deng Jianliao van het Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM) van de Chinese Academie van Wetenschappen. Resultaten zijn gepubliceerd in Beoordeling van wetenschappelijke instrumenten op 21 april 2020.

"Atoomklokken gebruiken een kwantummechanisch systeem als een 'slinger' waarbij de frequentie van de lokale oscillator is vergrendeld op de overgang tussen atoomenergietoestanden, " zei Deng Jianliao, corresponderende auteur van het artikel. "De nauwkeurigheid van de atoomklok hangt af van het bepalen van de nauwkeurigheid van het centrum van de atomaire overgang en de stabiliteit van de centrale frequentie zelf."

Het nieuwe ontwerp maakt gebruik van een compacte optische module die bestaat uit een gedistribueerde Bragg-reflector (DBR)-laser en een akoesto-optische modulator in een POP-dampcel-rubidium-atoomklok.

Door het physics-pakket in een afgesloten vacuümkamer te plaatsen, werd de temperatuur beter onder controle gehouden en werd ook de negatieve invloed van het barometrische effect verminderd.

Deng merkte op dat de atoomklok "gevoelig is voor de fluctuaties van vele parameters, " waardoor het een uitdaging wordt om de frequentiestabiliteit op middellange tot lange termijn in op laser gebaseerde dampcelklokken te optimaliseren, zoals POP-klokken.

De frequentiestabiliteit van 4,7 × 10 ^-15 om 10 uur ⁴ seconden bereikt door het nieuwe ontwerp "is vergelijkbaar met de state-of-the-art POP rubidium klok, "volgens de studie.

De onderzoekers werken nu aan het verbeteren van de frequentiestabiliteit bij een gemiddelde tijd van meer dan 10 ⁴ seconden en proberen ook de temperatuurgevoeligheid verder te verminderen.