日本國家信息與通信技術研究所、日本東北大學、日本東京工業大學采用新結構研發芯片尺寸原子鐘，并預期將在2019年推出該器件的樣品。

研究背景

芯片級原子鐘在2011年實現商業化，其中包含了多個芯片，器件中印刷電路板和功耗主要被微波發生器所占據，其中復雜的鎖相環系統是功耗的主要消耗者。

核心原理

該研究基于微波發生器，而該微波發生器又利用了壓電薄膜中的厚度伸縮（TE）振動。該方法據稱適用于在GHz頻率的機械諧振，且不需頻率倍頻器和非片載石英振蕩器。

研究成果

研究人員表示，其研究利用了TE模式，研發出了工作在3.4GHz的微波發生器。研究人員表示，與模塊級原子鐘相比，芯片級原子鐘的體積和功耗可分別減少30%到50%。

該研究的核心點是包含在硅基微區域中的銣氣體。一個用于穩定微波發生器頻率的反饋回路來支持原子鐘工作。短期頻率不穩定指標是10-11，平均時間是1秒。團隊表示，該指標與已經商業化的模塊級原子鐘相比提升了一個量級。

圖為原子鐘新型結構與傳統結構的對比

應用前景

研究人員表示：“我們的方法能夠減少衛星或基站等高端應用所用原子鐘的尺寸、成本和功耗。將該技術轉換為實際應用將使得原子鐘進入智能手機或其他無線設備成為可能。”

參考文獻

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)

英國

2月，英國Ⅲ-Ⅴ族光電半導體制造商CST Global公司表示將牽頭“冷原子系統用大功率磷基分布反饋激光器”（HELCATS）項目。該項目將支持使用鍶離子的原子鐘系統的小型化。

參研單位

英國國家物理實驗室（NPL）、格拉斯哥大學。

項目資金

項目從2018年3月開始到2019年2月結束，持續一年，項目總經費是49.7574萬英鎊，其中歐盟出資39.6441萬英鎊，而CST Global將獲得15.1699萬英鎊。

預期成果

項目負責人Olek Kowalski博士表示：“我們希望實現的鍶原子鐘需要四個工作在690-710nm的磷基砷化鎵分布反饋（DFB）激光器。我們將使用低損失波導方法來實現窄發射線寬和光電集成，以實現獨立DFB和放大器的在片制造。該設計不僅將有助于減少量子鐘光源的尺寸、重量和成本，還可以改進可靠性和輸出功率。我們預計，與現有系統相比，將在精度上實現1萬倍的提升。”

項目意義

原子鐘對于確定導航和國防應用中的位置信息至關重要，也是發展下一代通信系統的核心。Olek Kowalski博士表示：“目前商業上還沒有為小型鍶原子鐘應用所研發的半導體激光器。”該項目將實現該領域在商業上的突破及滿足原子鐘發展需求。