激光鐘，即光學(xué)時鐘是采用激光作為測量參考和同步原子振動頻率達到更高的計時精度，能夠使得20億年的時間誤差不超過1秒。是迄今計時最為精準(zhǔn)的時鐘。

簡介

　　激光時鐘利用具體數(shù)字來表示時間，它的激光數(shù)字顯示方式十分特別。設(shè)計師在每個數(shù)字顯示位置上都分配有若干激光反射板。每當(dāng)需要顯示數(shù)字，表示時間的時候，激光就會從某個定點射出，然后通過其他反射板的折射，讓光線扭曲，從而獲得相應(yīng)數(shù)字的激光造型。這種激光顯示方式十分特別，通過進一步地設(shè)計、運用，設(shè)計師還特別推出了心電圖模式、傳統(tǒng)指針模式等其他種類的激光時鐘，讓時間的指示方式更加多元化。

原理

　　科學(xué)家們目前已經(jīng)成功地研制出了新一代的激光時鐘，這種時鐘計時極其精準(zhǔn)，在20億年時間里幾乎不會產(chǎn)生1秒的誤差。原理是通過用激光“注視”并測量原子的電子震動頻率來計時。這種迄今計時最為精準(zhǔn)的激光時鐘未來可應(yīng)用于衛(wèi)星導(dǎo)航，其在追蹤地面移動目標(biāo)時精度可以保持在1米以內(nèi)。未來，這種新型時鐘可以廣泛應(yīng)用在地面衛(wèi)星導(dǎo)航上，將使得汽車自動駕駛成為可能。在技術(shù)應(yīng)用成熟后，甚至可以實現(xiàn)無人駕駛的飛機精準(zhǔn)著陸。在取得上述成就后，美國、英國、德國、法國和日本等多個國家的科學(xué)家還準(zhǔn)備在這一研究領(lǐng)域繼續(xù)展開競賽，以便能夠設(shè)計制造出更加精準(zhǔn)的時鐘。他們的目標(biāo)就是將時鐘的時間精準(zhǔn)到自137億年前宇宙大爆炸以來分秒不差。科學(xué)家們相信十年內(nèi)這種時鐘必將實現(xiàn)。通過這種技術(shù)，時鐘將可以把時間分成更小的分量。

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　　此前，世界上最為先進的時鐘是由美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所所研制。它通過測量水銀離子中電子的振動，可以保持17億年的精確運行而分秒無差。以前最為精確的計時設(shè)備是原子鐘，可以實現(xiàn)8000萬年精確度誤差在一秒之內(nèi)。對比之下，一只普通的手表一個月內(nèi)會誤差大約15秒。位于法國巴黎的國際度量衡委員會計劃到2020年實現(xiàn)用光學(xué)時鐘取代原子鐘。該委員會負(fù)責(zé)時間與頻率的執(zhí)行秘書伊莉斯-阿里亞斯介紹說，“光學(xué)時鐘代表著時鐘的未來，這是一項非常振奮人心的發(fā)明。到2015年，我們將取得階段性成果。”光學(xué)時鐘最重要的用途將可能是全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，用于跟蹤飛機、艦船和汽車等。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收由衛(wèi)星發(fā)出的微波信號，主要是通過測量信號開始抵達的時間進行同步，可以將地面的某一物體鎖定于10米范圍之內(nèi)。 科學(xué)家們相信，如果在衛(wèi)星上安裝有光學(xué)時鐘，他們就可以將目標(biāo)定位于1米范圍之內(nèi)。這種精度可以用于汽車或飛機的自動駕駛。當(dāng)然，除了這些外，科學(xué)家們對于光學(xué)時鐘的用途還有更高的期望。他們希望光學(xué)時鐘能夠幫助他們檢驗物理學(xué)的基本定律。美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所物理學(xué)家蒂爾-羅森邦德認(rèn)為，“光學(xué)時鐘還可以用于檢測宇宙的基本屬性。我們甚至還可以依靠這種精度發(fā)現(xiàn)物理學(xué)領(lǐng)域基本定律的變化。”根據(jù)量子物理學(xué)的基本原理，原子是按照不同電子排列順序的能量差，也就是圍繞在原子核周圍不同電子層的能量差，來吸收或釋放電磁能量的。這里電磁能量是不連續(xù)的。當(dāng)原子從一個“能量態(tài)”躍遷至低的“能量態(tài)”時，它便會釋放電磁波。同一種原子的共振頻率是一定的—例如銫133的共振頻率為每秒9192631770周。因此銫原子就可以用作一種節(jié)拍器來保持高度精確的時間。 普通鐘表在測定時間時必須依靠固定的振動頻率，機械表的擺輪頻率每秒5次或6次，音叉鐘的頻率每秒幾百至幾千次。石英鐘表的振動頻率是由微小的石英片的振動產(chǎn)生的，其固定振動頻率每秒32000次。銫原子鐘振動頻率高達9.19×109次。振動頻率越高，計時就會越精確。1967年，由于原子鐘的研究取得了巨大的進展，人們開始重新給秒確定定義，即按照銫原子的振蕩頻率來制定。今天的原子鐘的精度可以達到每10萬年誤差不超過1秒。2001年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所首次利用激光代替微波研制出第一個光學(xué)時鐘。2004年，英國國家物理實驗所的科學(xué)家對這種光學(xué)時鐘進行了改進。2008年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所再次研制出一種新型光學(xué)時鐘，比當(dāng)時最先進的原子鐘精準(zhǔn)了21倍。