本文转载自大国重器
美国国防先期研究计划局（DARPA）微系统技术办公室（MTO）发布A-PhI项目意见征询书，征求关于开发新型原子系统的研究建议。该系统使用集成光电学和被捕获原子来实现高性能、稳健、便携式时钟和陀螺仪。
军事研究人员希望产业界能开发相对简单的便携式光电集成电路（PIC），满足高性能定位、导航和授时（PNT）设备的使用需求，作为在无法获得卫星导航信号时的替代方案。与电集成电路类似，PIC或光学集成电路集成了多个光电功能，为光波长上带有信息的信号赋能，这些光波通常在可见光谱或近红外（850-1650纳米）波段。
“原子光电集成”（A-PhI）项目旨在开发基于被捕获原子的高性能PNT器件，通过使用PIC减少这些原子系统的复杂性。根据DARPA文件，PIC将取代设备背后的光学组件，如敏感和精确角度传感器和时钟等，同时仍然能够对原子进行必要的捕获、冷却、操作和访问。
A-PhI项目还寻求开发概念验证被捕获原子陀螺仪，这是干涉式光纤陀螺仪的物质波模拟。这种小型化努力可以比当前自由空间产品带来角度灵敏度和动态范围一个数量级的改进。
使用被捕获原子的原子系统具备潜力在保持精度的同时保持准确性，这是由于原子阱的小尺寸和所能为原子系统提供与周围环境的固有隔离，特别与加速的隔离。
目前，由于用于形成原子阱的光学系统的复杂性，这些系统体积大、笨重且不便携。在过去，要实现这种台式系统所用数百至数千个光学元件的小型化依赖于减少光电器件、剩余器件小型化和在小封装中紧密集成。由于需要保持非常严格的光学对准，这些产品性能降低，并导致环境稳健性差和对设计错误的耐受性差。使用这种方法不能以合理的成本实现有效的小型化原子系统。
PIC领域的最新研究进展表明，基于微谐振器、光频合成、新型片上/片外耦合、波长解复用器和用于动态操控光场的片上相控阵的片上光频梳，可以实现可制造、低成本芯片以取代光学系统，并且没有传统自由空间光学系统的对准精度要求。
A-PhI项目将展示紧凑型PIC可以取代传统自由空间光学器件的光学平台，满足高性能被捕获原子陀螺仪和被捕获原子钟的使用需求，同时不降低物理封装的性能。随后的工作还需要采用必要的紧凑和加固型激光器和电子设备，以实现功能齐全、高性能的便携式PNT系统。
图为先进授时能力对比
图为先进陀螺仪性能对比
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编辑：冯元会
审核：颜学俊
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