Vísindamenn UC Santa Barbara hafa þróað samningur, lágmarkskostnaðar leysir sem keppir við árangur rannsóknarstofukerfa. Það notar Rubidium atóm og háþróaða flís samþættingaraðferðir til að gera forrit eins og skammtafræðilega tölvunarfræði, tímamörk og umhverfisskynjun, þar með talið þyngdarafkortun á gervihnöttum.
Leysir eru ómissandi fyrir tilraunir sem krefjast öflugra atómmælinga og stjórnunar, svo sem tveggja ljósmynda atómklukka, kalda atóm truflana skynjara og skammtahlið. Lykillinn að skilvirkni leysir er litrófshreinleiki þeirra, sem er losun ljóss aðeins einn lit, eða tíðni. Í dag, með því að ná öfgafullu hávaða, stöðugu ljósi sem krafist er fyrir þessi forrit, treystir á fyrirferðarmikið og dýrt leysiskerfi benchtop sem ætlað er að búa til og stjórna ljóseindum innan þröngs litrófssviðs.
En hvað ef þessi atómforrit gætu sloppið við takmörk rannsóknarstofunnar og bekkjarins? Þetta er framtíðarrannsóknirnar í rannsóknarstofu Daniel Blumenthal, prófessors í verkfræði við UC Santa Barbara, þar sem teymi hans vinnur að því að endurtaka árangur þessara háttsettra leysir í léttum, handfestum tækjum.
„Þessir litlu leysir munu gera stigstærðar leysirlausnir kleift fyrir hagnýt skammtakerfi, svo og leysir fyrir flytjanlegar, sviði sem eru dreifðir og rýmisbundnir skammtaskynjarar,“ sagði Andrei Isichenko, framhaldsnám í rannsóknarstofu Blumenthal. „Þetta mun hafa áhrif á tækni svæði eins og skammtafræðilega tölvunarfræði með hlutlausum atómum og föstum jónum, svo og skammtaskynjara kaldra atóms eins og atómklukka og þyngdarafls.“
Í ritgerð sem birt var í tímaritinu Scientific Reports, lýsa Blumenthal, Isichenko og teymi þeirra þróun flís-kvarða öfgafulls lína breiddar-inndælingar-læst 780- nanometer leysir í þessa átt. Vísindamennirnir segja að tækið, sem er um það bil stærð Matchbox, geti farið betur en núverandi þrönglínubreidd 780- nm leysir á broti af framleiðslukostnaði og rými.
Rubidium atóm voru valin fyrir leysirinn vegna þess að þeir hafa vel þekkta eiginleika sem gera þær tilvalnar fyrir margs konar háþróunarforrit. Stöðugleiki D2 sjónbreytingar þeirra gerir þær tilvalnar fyrir atómklukkur; Næmi frumeindanna gerir þau einnig að vinsælum vali fyrir skynjara og eðlisfræði kalda atómsins. Með því að fara leysirinn í gegnum gufu af Rubidium atómum sem þjóna sem atóm tilvísun tekur nær-innrauða leysirinn eiginleika stöðugrar atómskipta.
„Þú notar atómbreytingarlínuna til að fella leysinum,“ segir Blumenthal, yfirhöfundur blaðsins. „Með öðrum orðum, með því að læsa leysinum við atómbreytingarlínuna, tekur leysirinn meira og minna á eiginleika þess atómbreytingar hvað varðar stöðugleika.“
En fínt rautt ljós gerir það ekki fyrir nákvæmni leysir. Til að fá kjör gæði leysiljóss verður að fjarlægja „hávaða“. Blumenthal lýsir því sem stillingu gaffli á móti gítarstreng. „Ef þú lendir í C með stillingu gaffli gæti það verið mjög fullkomið C,“ útskýrir hann. „En ef þú lendir í C á gítar geturðu heyrt aðra tóna í honum.“ Að sama skapi getur leysiljós innihaldið mismunandi tíðni (litir) og búið til viðbótar „tóna“. Til að framleiða eina tíðni sem þarf (í þessu tilfelli, hreint djúpt rautt ljós) notar kerfið viðbótaríhluti til að slétta út leysiljósið enn frekar. Áskorunin fyrir vísindamennina var að pakka allri þessari virkni og frammistöðu á einn flís.
"Liðið notaði blöndu af Fabry-Perot leysir díóða, sem er fáanlegt í atvinnuskyni, lægstu taps bylgjuleiðbeiningar heims (gerð af rannsóknarstofu Blumenthal), og hæsta gæðaþáttum resonators, allir framleiddir á kísilnítríðvettvangi. Í því voru þeir, þeir voru þeir, þeir voru þeir, þeir voru þeir voru þeir, þeir voru, þeir voru í því, þeir voru í því. Fær að endurtaka afköst fyrirferðarmikils bekkjakerfa -- Samkvæmt prófunum þeirra fórst tæki þeirra betur en sumir bekkjar leysir, auk þess sem áður var greint frá samþættum leysir, með fjórum stærðargráðum í lykilmælingum eins og tíðni hávaða og línubreidd.
„Mikilvægi lágs línubreiddar er að við getum náð samningur leysir án þess að fórna frammistöðu leysir,“ útskýrði Isichenko. "Að sumu leyti er frammistaða bætt miðað við hefðbundna leysir vegna fullrar samþættingar á flísum sem hefur verið náð. Þessar línubreiddar hjálpa okkur að hafa betur samskipti við kjarnorkukerfið, útrýma framlagi leysir hávaða og þannig að leysa atómmerki að fullu í í Viðbrögð við umhverfinu sem þeir skynja osfrv. “
Lágu línubreiddir, fyrir þetta verkefni, eru met-lágar undir-Hertz grundvallaratriði og undir Kilohertz samþættar línubreiddir, sem sýna fram á stöðugleika leysistækninnar og getu til að vinna bug á hávaða frá bæði ytri og innri uppruna.
Aðrir kostir tækninnar fela í sér kostnað-það notar $ 50 díóða og er framleiddur með hagkvæmum og stigstærðri framleiðsluferli sem er smíðað með því að nota CMOS-samhæfar ferli með glifrumum, lántökum frá heimi rafrænna flísarframleiðslu. Árangur þessarar tækni þýðir að hægt var að beita þessum afkastamiklu, háu nákvæmni, lágmarkskostnaðar ljóseindafræðilegu leysir í ýmsum stillingum bæði innan og utan rannsóknarstofunnar, þar með svo sem breytingar á þyngdaraflshröðun um jörðina.
„Þú gætir sett þessi hljóðfæri á gervihnött og kortleggja þyngdarafl í og við jörðina með nokkru nákvæmni,“ sagði Blumenthal. „Þú gætir skynjað þyngdarreitinn umhverfis jörðina til að mæla hækkun sjávarborðs, breytingar á hafís og jarðskjálftum.“ Hann bætti við: "Þessi tækni er samningur, lítill kraftur og léttur, sem gerir hana tilvalið fyrir dreifingu í geimnum."
