原创 NIST制作出世界上最小的原子钟

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这个已经是2004年的旧闻了，我翻译自

http://www.nist.gov/public_affairs/releases/miniclock.htm

这个最小的原子钟应该是CPT原子钟，中国中科院武汉物理数学所也开发了一个微型原子钟，有空的话，我也找来给大家看看

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NIST制作出世界上最小的原子钟

<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />2004年8月24日

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    NIST(美国国家标准技术研究院)的科学家展示了世界上最小的原子钟，这款原子钟的内部尺寸相信比世界上任何的原子钟都小100倍， 能应用于便携式的精确的时间守时，电池供电的安全无线通信，精确的航行导航和其他应用的设备。

<?xml:namespace prefix = u1 />    2004年8月30日，一篇发表在《应用物理快报》上的文章说：这个原子钟内部机械的尺寸只有米粒大小（1.5mm边长，4mm高），消耗的功率小于75mW（能用电池驱动），100亿年内都能稳定工作，准确度相当于300年误差1秒。

    还有，现有的微电机械系统技术（MEMS）能把这个物理封装封装在半导体晶圆。这样的话，就能提供大量廉价的如电脑CPU大小的原子钟，并能很好地与其他电子设备整合。最终，这个物理封装将于外部的振荡器和控制电路集成到1立方厘米大小的集成原子钟里。

    这个项目的主要研究者——物理学家John Kitching告诉我们：这项技术真正的优势是在只消耗很少的能量就能运行原子钟，使得它能用电池驱动，还有就是它足够小，使得它能嵌入到手机和其他手持式设备里。没有其他能像它这样能大量生产。

    这种微型时钟在尺寸和长期的温度补偿稳定性上要好于现在在便携式设备上广泛应用的石英晶振。NIST的科学家们希望能改善这种微型时钟的长期稳定性和降低它的功耗，来从本质上改善对时间守时有精确要求的商业和军事系统在设备上的运行。

    这种芯片大小的原子钟是NIST在守时领域里最先进的技术，也将是时间频率测量新技术的领头羊。提供这种精度的原子钟从很小的芯片，到2米高，大功率消耗，很贵的庞然大物都有。

    这种新式原子钟与其他原子钟（如NIST-F1喷泉钟）一样都采用相同原理，都是测量铯原子一秒的92亿次震动，不过两者采用不同的设计。这种芯片式原子钟里铯蒸汽被限制在密封的单元里，并且被等强的红外激光所探测，也产生两块电磁场区域。这两个频率不相等的电磁波被调谐，直到等于两个原子能级的差值。原子进入“黑暗状态”，在这个状态停止吸收和发射光子，这被定义为铯原子的自发共振。像在手表上发现的石英振荡器一样的外部共振，将会稳定这个标准频率。

    相比与那些大型的喷泉钟，这种微型的原子钟精确度差很多。但是这种微型原子钟尺寸小，功耗低，低价格，使得它是商业和军事应用的理想选择。相比于石英晶振振荡器来说，在相等的大小和功耗的情况下，微型原子钟有更高的时间频率精参考，在长期时间精确度上，更是比石英提供了将近1000倍的改进。

    微型原子钟有许多潜在的应用。在无线通信设备上，这种原子钟能改善网络的同步性和频段的选择性，来增强安全性和反干扰的能力。在GPS接收机上，这种原子钟能改善卫星基准导航系统的准确度，这将应用在商业和军队交通系统的导航，还有紧急应急网络的建设。另外，这样的原子钟更小，更便宜，并且功率消耗小，它们将取代在普通商品里，像电脑里的石英晶体振荡器的作用，提供更好的时间守时。

    这篇文章所描述的集成设计也能把磁场传感器改变成毫米大小，像分光镜工具和设备微型化一样。

    你如果想获得更多信息，可以点击http://www.boulder.nist.gov/timefreq/ofm/smallclock/.

NIST的物理学家John Kitching展示世界上最小的原子钟内核，这个物理封装的大小如米粒大小。

这种微型原子钟的物理封装（从底部看）包括一个激光，一个透镜，一个用来降低激光能量的光学衰减器，一个改变光极化方向的偏振片，一个充满铯原子蒸汽的气泡，（从顶部看）一个把激光导向透过气泡的光电二极管。这种微小的金色线是原子钟的电气连接线。