Chip-scale atomic clock
ಚಿಪ್ ಸ್ಕೇಲ್ ಪರಮಾಣು ಗಡಿಯಾರವು (ಸಿ. ಎಸ್. ಎ. ಸಿ.) ಸೂಕ್ಷ್ಮವಿದ್ಯುತ್ ಯಾಂತ್ರಿಕ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳ (ಎಂ. ಇ. ಎಂ. ಎಸ್.) ತಂತ್ರಗಳನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ತಯಾರಿಸಲಾದ ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ-ಶಕ್ತಿಯ ಅರೆವಾಹಕ ಲೇಸರ್ ಅನ್ನು ಬೆಳಕಿನ ಮೂಲವಾಗಿ ಅಳವಡಿಸಲಾಗಿರುವ ಸಾಂದ್ರವಾದ, ಕಡಿಮೆ-ಶಕ್ತಿಯ ಪರಮಾಣು ಗಡಿಯಾರವಾಗಿದೆ. 2001 ರಲ್ಲಿ ಮಾಡಿದ ಆವಿಷ್ಕಾರದ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಮೊದಲ ಸಿಎಸ್ಎಸಿ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದ ಪ್ಯಾಕೇಜ್ ಅನ್ನು 2003 ರಲ್ಲಿ ಎನ್ಐಎಸ್ಟಿಯಲ್ಲಿ ಪ್ರದರ್ಶಿಸಲಾಯಿತು. ಪೋರ್ಟಬಲ್ ಸಾಧನಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸಲು ಮೈಕ್ರೋಚಿಪ್-ಗಾತ್ರದ ಪರಮಾಣು ಗಡಿಯಾರವನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸುವ ಗುರಿಯೊಂದಿಗೆ ಯುಎಸ್ ಡಿಪಾರ್ಟ್ಮೆಂಟ್ ಆಫ್ ಡಿಫೆನ್ಸ್ನ ಡಿಫೆನ್ಸ್ ಅಡ್ವಾನ್ಸ್ಡ್ ರಿಸರ್ಚ್ ಪ್ರಾಜೆಕ್ಟ್ಸ್ ಏಜೆನ್ಸಿ (ಡಿಎಆರ್ಪಿಎ) ಈ ಕೆಲಸಕ್ಕೆ ಧನಸಹಾಯ ನೀಡಿತು. ಮಿಲಿಟರಿ ಉಪಕರಣಗಳಲ್ಲಿ ಇದು ಜಾಗತಿಕ ಸ್ಥಾನೀಕರಣ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು ಲಭ್ಯವಿಲ್ಲದಿದ್ದಾಗ ಕೆಳಗಿಳಿಯುವ ಸೈನಿಕರಿಗೆ ಸುಧಾರಿತ ಸ್ಥಳ ಮತ್ತು ಯುದ್ಧಭೂಮಿಯ ಸನ್ನಿವೇಶದ ಜಾಗೃತಿಯನ್ನು ಒದಗಿಸುವ ನಿರೀಕ್ಷೆಯಿದೆ, ಆದರೆ ಅನೇಕ ನಾಗರಿಕ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳನ್ನು ಸಹ ಕಲ್ಪಿಸಲಾಗಿದೆ. ಈ ಪರಮಾಣು ಗಡಿಯಾರಗಳ ವಾಣಿಜ್ಯ ಉತ್ಪಾದನೆಯು 2011ರಲ್ಲಿ ಪ್ರಾರಂಭವಾಯಿತು. ವಿಶ್ವದ ಅತ್ಯಂತ ಚಿಕ್ಕ ಪರಮಾಣು ಗಡಿಯಾರವಾದ ಸಿ. ಎಸ್. ಎ. ಸಿ, ಗಾತ್ರದಲ್ಲಿ 4 x 3.5 x 1 ಸೆಂ. ಮೀ. (1.5 x 1.4 x 0.4 ಇಂಚುಗಳು), 35 ಗ್ರಾಂ ತೂಗುತ್ತದೆ, ಕೇವಲ 115 ಮೆಗಾವ್ಯಾಟ್ ವಿದ್ಯುತ್ ಅನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಹಲವಾರು ವರ್ಷಗಳ ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆಯ ನಂತರ ದಿನಕ್ಕೆ 100 ಮೈಕ್ರೋ ಸೆಕೆಂಡುಗಳೊಳಗೆ ಸಮಯವನ್ನು ಉಳಿಸಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ರೂಬಿಡಿಯಮ್ ಪರಮಾಣುಗಳ ಕಂಪನವನ್ನು ಆಧರಿಸಿದ ಹೆಚ್ಚು ಸ್ಥಿರವಾದ ವಿನ್ಯಾಸವನ್ನು ಎನ್ಐಎಸ್ಟಿ 2019ರಲ್ಲಿ ಪ್ರದರ್ಶಿಸಿತು. ಹೊಸ ವಿನ್ಯಾಸವನ್ನು ಇನ್ನೂ ವಾಣಿಜ್ಯೀಕರಿಸಲಾಗಿಲ್ಲ. ಇತರ ಸೀಸಿಯಂ ಪರಮಾಣು ಗಡಿಯಾರಗಳಂತೆ, ಗಡಿಯಾರವು ಸೀಸಿಯಂ-133ರ ಪರಮಾಣುಗಳಲ್ಲಿನ ಎರಡು ಹೈಪರ್ಫೈನ್ ಶಕ್ತಿಯ ಮಟ್ಟಗಳ ನಡುವೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಸ್ಪಿನ್ ಪರಿವರ್ತನೆಗಳಿಂದ ಹೊರಸೂಸಲ್ಪಟ್ಟ ನಿಖರವಾದ 9.192631770 ಜಿಹೆಚ್ಝೆಡ್ ಮೈಕ್ರೋವೇವ್ ಸಿಗ್ನಲ್ ಮೂಲಕ ಸಮಯವನ್ನು ಉಳಿಸಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನವು ಚಿಪಿನ ಮೇಲೆ ಸ್ಫಟಿಕ ಸ್ಫಟಿಕ ಆಂದೋಲಕವನ್ನು ಈ ಆವರ್ತನಕ್ಕೆ ಲಾಕ್ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಇದನ್ನು ಔಟ್ಪುಟ್ ಪಿನ್ಗಳಿಗೆ ಒದಗಿಸಲಾದ 10 MHz ಮತ್ತು 1 Hz ಗಡಿಯಾರ ಸಂಕೇತಗಳನ್ನು ನೀಡಲು ಡಿಜಿಟಲ್ ಕೌಂಟರ್ಗಳಿಂದ ವಿಂಗಡಿಸಲಾಗಿದೆ. ಚಿಪ್ ಮೇಲೆ, ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮೈಕ್ರೋ ಮೆಷಿನಿಂಗ್ ತಂತ್ರಗಳನ್ನು ಬಳಸಿ ತಯಾರಿಸಲಾದ ಸಣ್ಣ 2 ಎಂಎಂ ಕ್ಯಾಪ್ಸುಲ್ನಲ್ಲಿರುವ ದ್ರವ ಲೋಹದ ಸೀಸಿಯಂ ಅನ್ನು ಕ್ಷಾರ ಲೋಹವನ್ನು ಆವಿಯಾಗಿಸಲು ಬಿಸಿ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ. ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಲೇಸರ್ ಮೈಕ್ರೊವೇವ್ ಆಸಿಲೇಟರ್ನಿಂದ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟ್ ಮಾಡಲಾದ ಅತಿಗೆಂಪು ಬೆಳಕಿನ ಕಿರಣವನ್ನು ಕ್ಯಾಪ್ಸುಲ್ ಮೂಲಕ ಫೋಟೊ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ಗೆ ಹೊಳೆಯುತ್ತದೆ. ಆಂದೋಲಕವು ಪರಿವರ್ತನೆಯ ನಿಖರವಾದ ಆವರ್ತನದಲ್ಲಿದ್ದಾಗ, ಸೀಸಿಯಂ ಪರಮಾಣುಗಳ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯು ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ದ್ಯುತಿಶೋಧಕದ ಉತ್ಪಾದನೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ. ಫೋಟೊ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ನ ಔಟ್ಪುಟ್ ಅನ್ನು ಆವರ್ತನ ಲಾಕ್ ಲೂಪ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ನಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ಆಂದೋಲಕವನ್ನು ಸರಿಯಾದ ಆವರ್ತನದಲ್ಲಿ ಇಡುತ್ತದೆ. ಅಭಿವೃದ್ಧಿ ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಆವಿ ಕೋಶ ಪರಮಾಣು ಗಡಿಯಾರಗಳು ಸುಮಾರು ಒಂದು ಡೆಕ್ ಕಾರ್ಡ್ಗಳ ಗಾತ್ರದಲ್ಲಿರುತ್ತವೆ, ಸುಮಾರು 10 ವ್ಯಾಟ್ ವಿದ್ಯುತ್ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಬಳಸುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಸುಮಾರು $3,000 ವೆಚ್ಚವಾಗುತ್ತವೆ. ಇವುಗಳನ್ನು ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಚಿಪ್ನ ಗಾತ್ರಕ್ಕೆ ಕುಗ್ಗಿಸಲು ವ್ಯಾಪಕವಾದ ಅಭಿವೃದ್ಧಿ ಮತ್ತು ಹಲವಾರು ಪ್ರಗತಿಗಳು ಬೇಕಾಗಿದ್ದವು. ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯ ಒಂದು ಪ್ರಮುಖ ಭಾಗವೆಂದರೆ ಸಾಧನವನ್ನು ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಿದ್ದು, ಅದನ್ನು ಸಾಧ್ಯವಾದಷ್ಟು ಪ್ರಮಾಣಿತ ಅರೆವಾಹಕ ತಯಾರಿಕಾ ತಂತ್ರಗಳನ್ನು ಬಳಸಿ ತಯಾರಿಸಬಹುದು, ಅದರ ವೆಚ್ಚವನ್ನು ಸಾಮೂಹಿಕ ಮಾರುಕಟ್ಟೆಯ ಸಾಧನವಾಗಲು ಸಾಕಷ್ಟು ಕಡಿಮೆ ಇಡಬಹುದು. ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಸೀಸಿಯಂ ಗಡಿಯಾರಗಳು ಸೀಸಿಯಂ ಹೊಂದಿರುವ ಗಾಜಿನ ಕೊಳವೆಯನ್ನು ಬಳಸುತ್ತವೆ, ಇದು 1 ಸೆಂಟಿಮೀಟರ್ಗಿಂತ ಚಿಕ್ಕದಾಗಿದೆ. ಸಿಎಸ್ಎಸಿಯಲ್ಲಿ, ಸೀಸಿಯಂ ಕ್ಯಾಪ್ಸುಲ್ ಅನ್ನು ಕೇವಲ 2 ಕ್ಯೂಬಿಕ್ ಮಿಲಿಮೀಟರ್ ಗಾತ್ರದಲ್ಲಿ ರಚಿಸಲು ಎಂಇಎಂಎಸ್ ತಂತ್ರಗಳನ್ನು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತಿತ್ತು. ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಪರಮಾಣು ಗಡಿಯಾರಗಳಲ್ಲಿನ ಬೆಳಕಿನ ಮೂಲವು ರೂಬಿಡಿಯಮ್ ಪರಮಾಣು-ಆವಿ ವಿಸರ್ಜನೆ ದೀಪವಾಗಿದೆ, ಇದು ದೊಡ್ಡದಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರಮಾಣದ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆ. ಸಿಎಸ್ಎಸಿಯಲ್ಲಿ ಇದನ್ನು ಚಿಪ್ ಮೇಲೆ ತಯಾರಿಸಿದ ಅತಿಗೆಂಪು ಲಂಬ ಕುಹರದ ಮೇಲ್ಮೈ ಹೊರಸೂಸುವ ಲೇಸರ್ (ವಿಸಿಎಸ್ಇಎಲ್) ನಿಂದ ಬದಲಾಯಿಸಲಾಯಿತು, ಅದರ ಕಿರಣವು ಅದರ ಮೇಲಿರುವ ಸೀಸಿಯಂ ಕ್ಯಾಪ್ಸುಲ್ಗೆ ಮೇಲ್ಮುಖವಾಗಿ ಹರಡಿತು. ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಗಡಿಯಾರಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸಲಾಗುವ ಮೈಕ್ರೋವೇವ್ ಕುಹರದ ನಿರ್ಮೂಲನೆಯು ಮತ್ತೊಂದು ಪ್ರಗತಿಯಾಗಿದ್ದು, ಅದರ ಗಾತ್ರವು, ಮೈಕ್ರೋವೇವ್ ಆವರ್ತನದ ತರಂಗಾಂತರಕ್ಕೆ ಸಮನಾಗಿ, ಸುಮಾರು 3 ಸೆಂ. ಮೀ., ಗಡಿಯಾರದ ಗಾತ್ರಕ್ಕೆ ಮೂಲಭೂತ ಕೆಳ ಮಿತಿಯನ್ನು ರೂಪಿಸುತ್ತದೆ. ಕ್ವಾಂಟಮ್ ತಂತ್ರದ ಬಳಕೆಯಿಂದ ಕುಹರವನ್ನು ಅನಗತ್ಯಗೊಳಿಸಲಾಯಿತು, ಸುಸಂಬದ್ಧ ಜನಸಂಖ್ಯೆಯ ಬಲೆ. ವಾಣಿಜ್ಯೀಕರಣ ಕನಿಷ್ಠ ಒಂದು ಕಂಪನಿ, ಮೈಕ್ರೊಸೆಮಿ, ಗಡಿಯಾರದ ಒಂದು ಆವೃತ್ತಿಯನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ. ಚಿಪ್ ಉಲ್ಲೇಖಗಳ ಮೇಲೆ ಬಾಹ್ಯ ಕೊಂಡಿಗಳು ಎನ್. ಐ. ಎಸ್. ಟಿ. ಪರಮಾಣು ಗಡಿಯಾರಗಳು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಪರೀಕ್ಷಾ ಉಪಕರಣಗಳು