Le applicazioni industriali richiedono sempre più riferimenti accurati di tempo e frequenza sotto vincoli stringenti di Size-Weight-and-Power (SWaP). Sulla base dell’infrastruttura PiQuET, l’INRiM ha avviato una nuova linea di ricerca a livello di istituto per sviluppare orologi ottici chip-scale, con un volume obiettivo di circa 200 cm³. Le transizioni ottiche sono sfruttate per ottenere stabilità e accuratezza ambiziose, mentre i sottosistemi principali sono integrati su un chip poco più grande di una moneta da 1 centesimo.
Le attività sviluppano diverse pipeline fortemente interconnesse:
Microcelle a vapore caldo (MEMS). Le microcelle sono fabbricate con tecniche MEMS: cavità incise in un wafer di silicio sono sigillate tra due wafer di vetro e riempite con un vapore atomico. Gli atomi agiscono come riferimento di frequenza intrinseco. Il lavoro include specie consolidate (Rb, Cs) e candidati avanzati (Yb, Sr, Na, Hg). Le microcelle sono caratterizzate con spettroscopia ad alta risoluzione, sfruttando l’esperienza dell’INRiM nei sistemi in cella.
Miniaturizzazione con atomi freddi. L’INRiM sviluppa trappole magneto-ottiche compatte che producono nubi atomiche ultrafredde, riducendo effetti Doppler e collisioni e abilitando prestazioni migliori in un sistema compatto.
Microcombs a frequenza ottica. I pettini di frequenza convertono un riferimento ottico in un segnale a microonde utilizzabile dall’elettronica. L’INRiM progetta e fabbrica micro-risonatori in nitruro di silicio, supportati da modellazione a elementi finiti. Tramite ingegneria della dispersione e dinamiche non lineari, questi microcombs generano linee ottiche equispaziate per la conversione ottico-microonde.
Elettronica ausiliaria e catene di frequenza. Il progetto sviluppa elettronica di controllo, catene di sintesi e distribuzione di frequenza necessarie al funzionamento dell’orologio, con una roadmap verso progressiva integrazione e miniaturizzazione.