- Peneliti NIST menunjukkan optical frequency comb berbasis chip tanpa memerlukan peralatan berat.
- Metode baru ini mengatasi hambatan utama dalam pengembangan frequency comb yang kompak, dengan sinyal stabil tanpa memerlukan energi tambahan.
- Jam atom optik dapat mendukung sistem navigasi kendaraan saat sinyal GPS tidak tersedia.
- Penelitian masih perlu membuktikan kemampuan navigasi independen dari frequency comb mikro yang baru.
Peneliti dari National Institute of Standards and Technology (NIST) Amerika Serikat telah menunjukkan sebuah chip berbasis optical frequency comb, yang menggunakan dua laser untuk menghasilkan sinyal cahaya yang akurat, tanpa memerlukan peralatan stabil yang berat seperti pada desain sebelumnya. Pengembangan teknologi ini membantu memperkecil ukuran jam atom optik, sehingga lebih cocok digunakan di luar laboratorium. Jam-jam ini pada akhirnya dapat mendukung sistem navigasi drone, kapal selam, dan kendaraan lainnya ketika sinyal GPS tidak tersedia atau terganggu. Alat ini bergantung pada struktur kecil berbentuk cincin yang disebut mikro resonator. Cahaya dari dua laser beredar di dalam cincin, menghasilkan serangkaian frekuensi cahaya yang terdistribusi secara merata, yang dapat digunakan sebagai referensi pengukuran yang sangat akurat.
Para peneliti bekerja sama dengan rekan-rekan dari Joint Quantum Institute (JQI) antara NIST dan University of Maryland, menyatakan bahwa metode ini mengatasi hambatan utama dalam pengembangan frequency comb yang kompak: menghasilkan sinyal berkualitas tinggi yang stabil tanpa memerlukan peralatan tambahan. Cara kerja optical frequency comb mirip dengan penggaris cahaya, dengan menghasilkan serangkaian frekuensi yang terpisah secara akurat, memungkinkan ilmuwan untuk mengukur cahaya dengan presisi yang luar biasa. Alat-alat ini merupakan komponen penting dari jam atom optik, yang menggunakan getaran atom pada frekuensi cahaya untuk mengukur waktu. Sistem frequency comb tradisional mungkin memerlukan beberapa komponen untuk menstabilkan sinyalnya.
Metode Baru Mengatasi Stabilitas Sinyal
Meskipun para peneliti telah mengembangkan versi mini menggunakan mikro resonator, mempertahankan kualitas sinyal yang diperlukan mungkin masih memerlukan peralatan tambahan.
Metode NIST mengarahkan cahaya dari dua laser ke dalam mikro resonator yang sama. Interaksi di antara keduanya menghasilkan frekuensi yang terpisah secara merata yang diperlukan untuk pengukuran optik, sambil menghindari masalah yang terkait dengan perangkat keras stabil tambahan dalam metode laser tunggal sebelumnya. Para peneliti telah membuat chip yang berisi hingga 300 mikro resonator kecil, yang menyediakan lingkungan optik yang diperlukan untuk menghasilkan sinyal comb. Menurut NIST, teknologi dual-laser ini dapat menghasilkan frequency comb berkualitas tinggi tanpa bergantung pada pengaturan laboratorium yang berat yang membatasi beberapa desain awal. Demonstrasi ini berfokus pada komponen frequency comb, bukan pada jam atom portabel yang lengkap.
NIST saat ini belum melaporkan penggunaan sistem navigasi yang lengkap dengan perangkat baru ini.
Aplikasi Potensial Jam Atom Optik
Jam atom optik dapat memberikan referensi waktu yang akurat untuk sistem navigasi yang tidak dapat sepenuhnya bergantung pada sinyal satelit. GPS menentukan lokasi dengan menggunakan sinyal waktu yang akurat dari satelit, dan ketika sinyal ini terputus, terganggu, atau sengaja diblokir, kendaraan mungkin memerlukan metode lain untuk mempertahankan navigasi yang andal. Jam optik kompak pada akhirnya dapat berkontribusi pada sistem semacam ini dengan menyediakan referensi waktu yang stabil, mengurangi ketergantungan pada sinyal eksternal. Aplikasi potensial termasuk drone otonom, kapal selam, dan kendaraan lain yang beroperasi di lingkungan di mana navigasi satelit tidak dapat diandalkan. NIST juga mencatat bahwa eksplorasi mineral serta survei minyak dan gas adalah kemungkinan penggunaan jam optik portabel.
Namun, penelitian ini belum membuktikan bahwa frequency comb mikro yang baru dapat menyediakan navigasi independen tanpa GPS, dan masih memerlukan komponen jam dan teknologi navigasi tambahan.
Tantangan berikutnya adalah mengubah kinerja optik yang ditunjukkan menjadi instrumen praktis yang memenuhi ukuran, konsumsi daya, dan keandalan yang diperlukan untuk platform bergerak. Dengan mengurangi perangkat keras pendukung yang diperlukan untuk menghasilkan frekuensi cahaya yang stabil, para peneliti telah menunjukkan sebuah komponen yang akan membantu membuat perangkat pengukur waktu presisi lebih portabel.
Potensi Navigasi Mikro Optik Chip
Perkembangan teknologi ini menandai langkah penting dalam miniaturisasi jam atom optik, yang dapat memberikan referensi waktu yang akurat ketika tidak dapat bergantung pada sinyal satelit. Dengan meningkatnya kebutuhan kendaraan akan sistem navigasi, terutama di bidang seperti kendaraan otonom dan kapal selam, perkembangan frequency comb optik baru ini akan membantu meningkatkan stabilitas dan keandalan navigasi. Meskipun saat ini belum terbukti kemampuannya untuk navigasi independen, aplikasi potensialnya sangat luas dan diharapkan dapat memainkan peran kunci di berbagai lingkungan di masa depan.