美国手机将率先采用原子钟时间 300年误差才1秒
由于美国联邦研究人员取得了新的突破,手机有望率先采用原子钟时间。
美国国家标准与技术学会(NIST)的科学家周一表示,他们已经证明,的确有一种原子钟,其大小只有其它任何原子钟的百分之一。这一进展为便携式的电池能源产品提供更加精确的时间运行,为安全的无线通信、更加精确的航行和其它应用打开了大门。
该时钟的内部工作部件只有一粒米大,能耗不到75‰瓦。它们的工作是如此的稳定,以至于300年才会出现1秒的误差。其包含有激光和原子气的一个 “物理包”,是通过现有半导体晶圆所采用的微电子机械系统(MEMS)生产技术制成的。因此,电脑芯片大的原子钟将具有低成本、生产规模大的潜在优势,很容易与其它电子组件进行整合。
该项目的调查负责人John Kitching表示,“我们的技术的真正作用是,我们能以如此小的电能来驱动该时钟,以至于用电池就可以了,因此,它可以小到足可以轻易放进手机或其它手持产品中。”
使用75‰瓦的持续电源,就算时钟核心的损耗按双倍计,一天也用不了一块电池。Kitching预测,其能耗还可以从75毫瓦下降很多。
NIST表示,最后,该物理包将会把这个物理包与一外部的振荡器和控制电路整合成一个近1立方厘米大小的完整时钟。NIST科学家期望能提高该时钟的长久稳定性,以减少其能耗,使它能充分地提升许多要求时间特别准确的商用和军用系统的性能。
据悉,很久以来,原子钟能提供最精确的时间和频率,但通常大到2米高,且耗能和费用都很巨大,如NIST-F1喷泉时钟。而基于其它原子钟同样原理的新时钟,也是通过铯原子以每秒92亿次的自然摆动来计时的。在这样小的时钟中,铯气被紧紧地封存在一个密封的小间隔中,通过一个小束红外线激光来探查。该红外线激光可以形成两个磁场。这两个频率不同的磁场会被调整,一直到它与该原子的两个能量级之间的差距相等才打住。然后,该原子进入“黑暗状态”,此时它们就会停止吸收和发出光。这就是铯的自然共振频率。接着,外部的振荡器,如石英晶体,其滴答声就被保持在这一频率标准上。
芯片大的时钟不如喷泉时钟这样较大时钟准确,但比石英钟,其长久性计时的精确率可提升1000倍。在无线通信产品中,芯片大的原子钟可提升网络的同步性和信道的选择性,以便能增强安全和抗干扰能力。在GPS接收器中,此小时钟能提高卫星的导航系统的精确度,而这些卫星可能是用于商业或军用交通工具,或应急网络上。
此外,随着原子钟越来越小、越来越便宜、越来越耗能少,他们将在许多通用产品如计算机中取代石英钟,提供更大的应用空间。