芯片级原子钟

芯片级原子钟(CSAC, Chip Scale Atomic Clock) 是目前最小型化的原子钟,能够提供极高精度的时间和频率基准,广泛应用于导航、通信、科学研究、军事等领域。

一、什么是原子钟(CSAC)?

原子钟是一种以原子跃迁频率(通常是铯-133或铷-87原子)作为时间标准的高精度计时设备。传统的原子钟体积较大,而CSAC是一种超小型、低功耗的原子钟,能够提供原子级别的计时精度,并且适用于便携式设备和空间受限的应用场景。

CSAC 主要基于铯(Cs)或铷(Rb)原子,通过微型光学腔、半导体激光器和微波技术实现极高的时间精度,同时大幅降低功耗和尺寸,使其可以嵌入到便携式设备中。

二、CSAC 的主要特点

超小尺寸:

    • 体积通常在 数立方厘米(cm³) 以内,比传统原子钟小几个数量级。

    • 适用于手持设备、无人机、便携式导航系统等应用。

    低功耗:

    • 功耗通常仅在 100mW~200mW 左右,而传统原子钟的功耗通常在数瓦至几十瓦级别。

    • 适用于电池供电的便携式设备,延长运行时间。

    高精度:

    • 典型短期频率稳定度可达 10⁻¹¹(1×10⁻¹¹)/秒级别。

    • 长期漂移率低至 10⁻¹⁰/天,远高于晶体振荡器和GPS时钟。

    快启动:

    • 传统铯原子钟启动时间可能需要数十分钟,而CSAC通常在几分钟内即可进入稳定状态。

    抗干扰能力强:

    • 不依赖外部时间信号(如GPS),即使在无GPS环境(地下、深海、军事环境等)下也能提供高精度时间基准。

    相比于传统原子钟,CSAC 采用了MEMS(微机电系统)和光子技术,极大地缩小了原子气室的体积,并且优化了光学元件的集成度,使其可以达到芯片级别的小型化。

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