Nye chip fotoniske kredsløb skabt til at konvertere en enkelt laserstråle til mange forskellige nye stråler

Nøjagtig udformning og styring af synlige lysstråler er afgørende for at diagnosticere og studere menneskelige sygdomme og indfange de atomer, der danner grundlaget for verdens mest nøjagtige ure, kvanteberegning og mange andre kvanteteknologier.
For nylig annoncerede forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) designet af et fotonisk kredsløb på en chip, der kan konvertere en enkelt indfaldende laserstråle til en række nye stråler og få hver stråle til at have forskellige optiske egenskaber.

Ifølge rapporten bevarer de nyligt genererede stråler frekvensen af ​​den originale stråle, mens de forlader kredsløbet fra forskellige steder på chippen. Dette gør det muligt for forskere og ingeniører at vælge de specifikke egenskaber for en eller flere bjælker til en bestemt anvendelse.
Når strålen kommer ind i den fotoniske chip, rettes den mod et område, hvor en stråledeler deler lysbølgen i to dele. På hvert sted ændrer et tyndt schweizerostlignende lag af tantalpentoxid mange af lysbølgens egenskaber, herunder dens fase og polarisering.
At gøre det kræver dog typisk voluminøs optik, der optager meget laboratorieplads. Den nye enhed designet af NIST kunne i sidste ende eliminere behovet for sådan optik og hjælpe med at miniaturisere den seneste generation af atomure og andre enheder, så de rent faktisk kan blive Brugt. Små, bærbare optiske atomure kunne i høj grad forbedre navigationssystemer, især under vandet, hvor GPS ikke er tilgængelig.
Højpræcisions CNC-polerede asfæriske linser
De fleste metoder til at forme og rette lys på en chip, inklusive dem, der bruger hyperoverflader, involverer typisk at konvertere en enkelt lysstråle med et sæt egenskaber til en enkelt lysstråle med et andet sæt forskellige egenskaber.
I modsætning hertil, siger NIST-forsker Grisha Spektor, kan deres enhed generere et stort antal formede stråler fra en enkelt inputstråle. Forskerne har brug for flere laserstråler, der bombarderer atomskyen samtidigt fra forskellige retninger for at fange og afkøle skyen, så den kan bruges som grundlag for et atomur. Den seneste generation af optiske atomure, som sandsynligvis bliver den nye internationale standard til at definere den anden, kræver typisk seks laserstråler.
Kredsløbet genererer disse stråler i et ultratyndt 150-nanometertykt lag af tantalpentoxid. Tantalpentoxid, der typisk anvendes i optiske belægninger, har et højt brydningsindeks og er næsten helt gennemsigtigt.
Ved hjælp af computeralgoritmer prægede Grisha Spektor og hans kolleger tantalpentoxidlaget med et schweizisk ostlignende mønster for at producere flere stråler, hver med forskellige egenskaber.Grisha Spektor siger, at fordi det fotoniske kredsløb består af et enkelt lag materiale, kan det være fremstillet med relativ lethed og skaleret op til større størrelser efter behov.
Resultaterne viser, at laserstrålen kommer ind i chippen gennem en kanal, der leder lyset til flere forskellige steder i chippen. På hvert sted er det optiske flow opdelt i to dele. Strukturen af ​​tantalpentoxid giver hver strøm en anden fase - lysbølgens position i dens top- og dalcyklusser.