日本采用新结构研发芯片级原子钟，预计将在2019年问世

日本国家信息与通信技术研究所、日本东北大学、日本东京工业大学采用新结构研发芯片尺寸原子钟，并预期将在2019年推出该器件的样品。

研究背景

芯片级原子钟在2011年实现商业化，其中包含了多个芯片，器件中印刷电路板和功耗主要被微波发生器所占据，其中复杂的锁相环系统是功耗的主要消耗者。

核心原理

该研究基于微波发生器，而该微波发生器又利用了压电薄膜中的厚度伸缩（TE）振动。该方法据称适用于在GHz频率的机械谐振，且不需频率倍频器和非片载石英振荡器。

研究成果

研究人员表示，其研究利用了TE模式，研发出了工作在3.4GHz的微波发生器。研究人员表示，与模块级原子钟相比，芯片级原子钟的体积和功耗可分别减少30%到50%。

该研究的核心点是包含在硅基微区域中的铷气体。一个用于稳定微波发生器频率的反馈回路来支持原子钟工作。短期频率不稳定指标是10-11，平均时间是1秒。团队表示，该指标与已经商业化的模块级原子钟相比提升了一个量级。

图为原子钟新型结构与传统结构的对比

应用前景

研究人员表示：“我们的方法能够减少卫星或基站等高端应用所用原子钟的尺寸、成本和功耗。将该技术转换为实际应用将使得原子钟进入智能手机或其他无线设备成为可能。”

参考文献

Micro Atomic Frequency Standards Employing an Integrated FBAR-VCO Oscillating on the87Rb Clock Frequency without a Phase-Locked Loop,the 31st IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS2018)

英国

2月，英国Ⅲ-Ⅴ族光电半导体制造商CST Global公司表示将牵头“冷原子系统用大功率磷基分布反馈激光器”（HELCATS）项目。该项目将支持使用锶离子的原子钟系统的小型化。

参研单位

英国国家物理实验室（NPL）、格拉斯哥大学。

项目资金

项目从2018年3月开始到2019年2月结束，持续一年，项目总经费是49.7574万英镑，其中欧盟出资39.6441万英镑，而CST Global将获得15.1699万英镑。

预期成果

项目负责人Olek Kowalski博士表示：“我们希望实现的锶原子钟需要四个工作在690-710nm的磷基砷化镓分布反馈（DFB）激光器。我们将使用低损失波导方法来实现窄发射线宽和光电集成，以实现独立DFB和放大器的在片制造。该设计不仅将有助于减少量子钟光源的尺寸、重量和成本，还可以改进可靠性和输出功率。我们预计，与现有系统相比，将在精度上实现1万倍的提升。”

项目意义

原子钟对于确定导航和国防应用中的位置信息至关重要，也是发展下一代通信系统的核心。Olek Kowalski博士表示：“目前商业上还没有为小型锶原子钟应用所研发的半导体激光器。”该项目将实现该领域在商业上的突破及满足原子钟发展需求。