슈퍼 에너지 절약, 작은 바카라 시계를 성공적으로 개발했습니다

*이 연구 및 개발 결과 중 일부는 NEDO (National Research and Development Corporation New Energy and Industric Technology Development Organization)의 위임 된 작업의 결과로 얻어졌습니다

1927 년에, 마크를 정확하게 사용하는 크리스탈을 사용하는 시계가 발명되었습니다 그 이후 로이 시스템은 손목 시계 및 기타 장소에서 널리 사용되었으며 사회 시스템을 지원하는 기술 기초 중 하나가되었으며, 사람들이 서로 정확한 시간을 공유하는 것이 정상입니다 현재, 큰 바카라 시계는 결정 발진기를 동기화하여 시간 기준으로 사용되며 시간을 얻을 수 있지만, 바카라 시계를 작게 만들어 크리스탈 오실레이터의 대체물로 사용될 수 있다면 주요 기술 및 사회적 변화를 초래할 수 있으며, 일반적인 바카라 시계의 실현에 대한 기대는 해마다 증가 할 것입니다

미국 GPS와 같은 위성 포지셔닝 시스템은 위성 사이의 시간 동기화가 필요하며 바카라 시계를 사용하여 안정적이고 매우 정확한 위치 설정이 가능합니다 일반적인 목적의 작은 바카라 시계가 실질적으로 사용되는 경우 자동차, 스마트 폰, 초대형 위성 및 휴대폰 기반 스테이션과 같은 다양한 장치에서 사용할 수 있습니다 또한, 여러 센서 간의 시간 동기화는 건물, 해저, 터널 및 다리와 같은 GPS가 도달 할 수없는 곳에서 큰 구조물 (고정밀 측정)을 모니터링하는 데 사용됩니다저 궤도 위성 별자리(터미널 4), 자동차 및 항공기와 같은 모바일 바디의 안정적이고 매우 정확한 위치를 사용하여 실현 될 것으로 예상됩니다

바카라에서 마이크로파를 방출하는 공진기가있는 종래의 바카라 시계에서, 공진기의 크기는 크기에 의해 결정되며 크기는 크기를 줄일 수 없습니다 그래서일관된 인구 트래핑(CPT터미널 5)를 사용하여 시간을 기준으로하는 정확한 마이크로파 주파수 감지를 사용하면 마이크로파 변조 레이저 표시등으로 바카라를 조사하여 달성 할 수 있습니다³의 크기 인 바카라 시계는 1 배 이상 더 작게 줄일 수있었습니다 그러나 주파수 신디사이저 및 운전 레이저를위한 드라이버 회로와 같은 바카라 시계의 구성 요소는 매우 높은 정확도를 가져야하므로 전력 소비를 줄이기가 어렵 기 때문에 바카라 시계의 전체 전력 소비가 수백 MW만큼 높습니다

이번에는 2MW의 높은 정확도이지만 매우 낮은 전력 소비를 가진 주파수 신디사이저를 실현하고 새로운 양자 부품 패키지를 사용하여 온도 제어의 효율성이 향상되어 작은 바카라 시계 (ULPAC :초 저장 바카라 시계)가 성공적으로 개발되었습니다 (그림 1) 개발 된 작은 바카라 시계는 하루 3 백만 초 미만의 정확도를 달성했으며, 이는 큰 바카라 시계와 거의 동일하며 전력 소비를 크게 줄였습니다 이 바카라 시계입니다전압 제어 크리스탈 발진기(터미널 6), 주파수 신디사이저, 레이저 드라이버 회로, 제어 회로,세움 133 바카라(7)로 조사하는 양자 섹션 패키지 (그림 2)로 구성됩니다

CPT를 사용한 바카라 시계에서 세슘 133 바카라는 두 주파수의 레이저 표시등과 조사됩니다 이 두 레이저 빔 사이의 주파수 차이가 세슘 133 바카라에 고유 한 공명 주파수 (9,192,631,770 Hz)와 일치하면 감지 된 광도는 최대입니다 이것은 전압 제어 크리스탈 발진기를 교정하는 데 사용되며, 바카라 시계의 표준 인 매우 안정적인 주파수를 만듭니다

주파수 신디사이저는 03MHz 미만의 매우 미세 주파수 단계에서 레이저 표시등의 주파수 차이를 변경하는 데 사용되며 전통적으로 50MW 이상의 큰 전력을 차지하는 바카라 시계의 구성 요소 부분이었습니다 개발 된 바카라 시계는 CMOS 통합 회로를 사용하여 주파수 신디사이저를 생성하여 2MW 전력 소비를 달성함으로써 전력 소비를 25 번째 이하로 성공적으로 감소시켰다

또한, 새로운 양자 섹션 패키지 구조가 채택되었고, 히터를 사용하여 온도 제어를 수행 할 때 외부 온도가 전송되는 것을 방지하기위한 분리 메커니즘이 제공되었고, 패키지 내부는 금으로 코팅되었습니다 온도 제어의 효율을 향상시킴으로써 전기를 소비하는 경향이있는 히터의 전력 소비는 9MW로 감소되었습니다 높은 안정적인 레이저 드라이버 회로 및 고정밀 온도 제어 회로는 장기간에 걸쳐 주파수 안정성을 향상시킵니다

기존 주파수 표준에서는 그림 4와 같이 전력 소비와 주파수 안정성 사이에 상충 관계가 있었지만 개발 된 바카라 시계 (ULPAC)는 우수한 주파수 안정성과 저전력 소비를 결합하며 크기는 15cm입니다³매우 작습니다 이번에는 10⁵22 × 10 평균 시간이 SEC (약 1 일)^-12의 장기 주파수 안정성 달성되었습니다 이 시계는 일반적인 크리스탈 발진기가 장착 된 시계보다 약 10 만 배 더 정확합니다

개발 된 바카라 시계는 매우 작고 전력 소비가 적으므로 자동차, 스마트 폰 및 작은 위성과 같은 다양한 장치에 통합 할 수 있습니다 이전에 설치가 불가능했던 다양한 장치에 고정밀 바카라 시계를 설치할 수 있으며, 자율 주행, GPS 교체 및 고 예비 측정을 포함하여 정부가 지원하는 Society 50 (Ultra-Smart Society)의 실현에 기여할 것으로 예상됩니다 이 개발 된 제품은 약 5 년 동안 판매 할 수있는 목표입니다

그림 1 : 작은 바카라 시계가 개발되었습니다 (내부 치수 33 mm x 38 mm x 9 mm)

그림 2 : 양자 부품 패키지

그림 3 : CMOS 통합 회로

그림 4 : 기존 제품과의 비교 (참고) TCXO (온도 보상 크리스탈 발진기) MCXO (마이크로 컴퓨터 보상 크리스탈 발진기) OCXO (일정한 온도 욕조가있는 크리스탈 발진기)

(1) 바카라 시계

바카라와 전자기파 사이의 공명 현상을 일반 시계에 사용되는 결정 발진기의 주파수와 연결하는 시계 따라서 일반적인 시계보다 정확도가 높은 시계 장치를 실현할 수 있습니다 마이크로파 영역에서 전자기파를 사용하는 바카라 시계에서, 세슘 (CS) 바카라 및 루비듐 (RB) 바카라가 장치 내에 캡슐화된다[참조로 돌아 가기]

(2) 주파수 합성기

하나의 발진기 장치의 신호 또는 회로를 포함하는 장치를 기반으로 다양한 주파수로 신호를 생성하는 회로[참조로 돌아 가기]

(3) 양자 부품 패키지

히터와 온도 측정 요소로 구성된 온도 제어 메커니즘, 표면 방출 레이저 요소 (vcsel-verctical cavity 표면 방출 레이저), 편광 광학 요소, 세슘 바카라가 둘러싸인 가스 셀 및 광 수용체 요소로 구성된 가스 세포 및 바카라 공명 신호 검출 메커니즘이 작은 패키지에 통합되는 가스 세포로 구성된 바카라 시계의 심장에 부딪 치는 장치 작은 전력으로 일정한 온도에서 안정성을 달성하기 위해, 열이 가능한 한 외부로 전달되는 경로를 차단하는 절연 메커니즘이 제공되며, 열 단열 구조는 높은 진공으로 패키지 내부를 밀봉하여 형성됩니다[참조로 돌아 가기]

(4) 위성 별자리

낮은 궤도 위성은 지구를 몇 시간 안에 궤도로 궤도로 궤도에 올리며 전 세계를 덮기 위해 많은 위성이 궤도와 조정 된 작업에 도입됩니다 이러한 시스템을 위성 별자리라고합니다[참조로 돌아 가기]

(5) 일관된 인구 트래핑 (CPT)

바카라와 전자기파 사이의 공명 현상의 유형 시체 바카라에 빛이 조사되면 흡수는 정상적으로 발생하고 전달 된 빛의 양은 감소합니다 두 가지 다른 주파수를 가진 빛이 조사 될 때, 세슘 내에서 특수 상태가 생성되어 광 흡수량의 양, 즉 투과 된 빛의 양이 증가하고 공명 현상이 관찰됩니다 지금까지, 우리는 공명 현상을 이용할 수밖에 없었습니다 이는 세슘과 마이크로파스 (파장 3cm) 사이의 직접적인 상호 작용입니다 이 CPT를 사용하면 조명 파장 (약 900 nm)의 영역에서도 바카라와 전자기파 사이에 공명을 생성 할 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

(6) 전압 제어 크리스탈 발진기

제어 전압을 변경하여 출력 주파수를 조정할 수있는 크리스탈 오실레이터[참조로 돌아 가기]

(7) Cesium 133 바카라

이것은 본질적으로 방사선을 방출하지 않고 안정적인 유일한 안정적인 바카라입니다[참조로 돌아 가기]