2019年2月19日，日本产业技术综合研究所发布新闻称，日本产业技术综合研究所（AIST）物理测量标准研究室高频标准研究组、与日本京都大学共同开发了一个小型原子钟，该钟在长期内非常稳定。

在小型原子钟中，为了获得有关原子固有频率的信息，通常使用一种称为相干布局囚禁（CPT）共振的共振现象，该现象是从光与原子之间的相互作用中得出的。然而，长期的时间和频率稳定性受到由于光偏移波动引起的频率波动的限制。这次，我们着眼于铯（Cs）小原子钟的重要组成部分-表面发射激光器（VCSEL：垂直腔表面发射激光器）的长期变化，阐明了光移波动的机理，并开发了抑制波动的技术，实现了一个非常稳定的小原子钟。预计高度稳定的原子钟将有助于通过物联网网络无缝收集数据。

该结果是日本新能源产业的技术综合开发机构（以下简称“NEDO”）委托研究的结果。

发展相关技术的社会背景

收集、分析和利用大数据以从大量数据中寻找新知识的工作正在紧锣密鼓地进行中。到目前为止，主要用途是从人类获得的信息，例如客户购买/搜索历史。近来，随着诸如省电广域网之类的低功耗通信技术的发展，我们正朝着全面的物联网时代迈进，在该时代中，信息是从人类以外的各种事物传输而来的，并且可以从中获得新的知识。但是，如果信息所伴随的时间信息不准确，则会在数据分析中产生噪音，因此，准确的时间信息的重要性日益提高。到目前为止，时间信息一直依赖于全球导航卫星系统。但已有证据表明，由于无线电干扰或欺骗，时间信息的伪造会造成信息漏洞。如果可以在IoT终端上安装小而稳定的原子钟，则可以自动诊断和纠正IoT终端使用的时间准确性，这正是全球导航卫星系统中的问题。

研究历史

自1970年以来，AIST一直从事Cs原子钟的研究和开发。当前，“1秒”被定义为与Cs原子的自然频率相关的持续时间，AIST通过使用主要时间标准（AIST）为国际原子时间的高精度做出了贡献。近年来，我们一直在开发小型原子钟，以满足轻松、高精度地匹配时间信息的技术需求，而无需依赖实验室外部环境中的全球导航卫星系统。在NEDO发起的“针对基础设施维护和更新之类的社会问题的系统开发项目”中，我们于2015年开始开发可安装在无线传感器终端上的小型原子钟，并且迄今为止已经建立了低功耗技术。

研究内容

通常，CPT共振是一种量子干涉效应，用于驱动一个小的原子钟。频率调制应用于半导体激光器VCSEL，通过输出的两频激光与Cs原子之间的相互作用产生CPT共振。在此过程中，还会发生光偏移，这成为Cs原子固有频率波动的一个因素，并妨碍了小原子钟的长期稳定性。

这次，定量地证实了VCSEL振荡波长的长期变化与光位移的波动有关。然而，直接抑制光偏移的波动导致功耗的增加。因此，基于半导体激光器的基本方程式，我们将零交叉方法设计为一种驱动方法，其中即使VCSEL振荡波长随时间变化，Cs原子的固有频率也不会改变，并将其应用于小的原子钟