來自麻省理工學院(MIT)和德雷伯實驗室的研究人員提出一種新的方法用于原子計時，這種方法或許可以使便攜式原子鐘更穩(wěn)定，更精確。尺寸也有可能縮小到一個魔方大小，而不再是一間屋子。

芯片尺寸的原子鐘(CSACs)已經(jīng)商業(yè)化，研究人員說這些火柴盒大小的低功率器件，隨時間漂移，而且比噴泉鐘精確性差，比設定世界標準時間的原子鐘大很多。但是，噴泉鐘是最精確的計時器，不可能為了便攜而犧牲穩(wěn)定性。

Krish Kotru既是MIT航空航天學院的研究生同時也是德雷伯實驗室的研究員，他說道：“你可以在皮卡或者拖車上放一臺原子鐘，但我猜它無法承受路上的顛簸。我們有一個好方法可以做出一個緊湊的強大的時鐘，比CSACs要好幾個數(shù)量級，而且長時間內(nèi)更穩(wěn)定。”

在新的時鐘里，基于受激拉曼躍遷，堿金屬原子與光子以一定的順序被提取出來。研究人員實施了被稱為拉曼絕熱快速通道(ARP)的方法，這是探究原子光學的一種路徑，可以使時鐘有兩個數(shù)量級的提高。

Kotru說這種便攜式，穩(wěn)定度好的原子鐘可以在沒有GPS信號的環(huán)境中使用，比如在水下或者室內(nèi)。也可以在軍事上的惡劣環(huán)境中使用，這種環(huán)境中傳統(tǒng)的導航系統(tǒng)都被信號干擾了。

激光代替微波探測

如今最精確的原子鐘是以銫原子作為基準。從1960年以來，一秒被定義為銫原子在兩個能級間振蕩9，192，631，770次所用的時間。為了測定這個頻率，噴泉鐘上拋冷銫原子云幾英尺高，通過微波光束，測定他們上拋，回落的振蕩。

該研究組選擇用激光束取代微波束，這樣會更容易在空間中控制，需要的空間也更少。雖然一些原子鐘也會使用激光束，但他們經(jīng)常會受到“AC斯塔克位移”困擾，這時由于原子暴露在激光器產(chǎn)生的電場中時，它的諧振頻率會產(chǎn)生位移。這種位移會輕易毀掉原子鐘的精確度。Kotru和他的團隊試圖尋找到使用激光束，同時能避免AC斯塔克位移的方法。

基于激光的原子鐘，激光光束的頻率和強度是固定的。但拉曼ARP應用的激光脈沖強度和頻率是變化的。

Kotru說：“對于我們的方法，我們打開激光脈沖和調(diào)節(jié)它的強度，都是逐漸的將它打開和關掉。我們調(diào)制激光的頻率，把它限制在很窄的范圍內(nèi)。僅僅通過做好這兩項工作，就可以很大程度的降低系統(tǒng)效應的影響，比如斯塔克位移。”

他認為這種系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確度可以媲美現(xiàn)如今在GPS衛(wèi)星中使用的基于微波的原子鐘，但那種原子鐘笨重而且昂貴。

該團隊現(xiàn)在正致力于減小系統(tǒng)其他組件的尺寸，包括真空室和電子設備。