Noi circuite fotonice cu cip create pentru a converti un singur fascicul laser în multe fascicule noi diferite

Modelarea și controlul cu precizie a fasciculelor de lumină vizibilă este esențială pentru diagnosticarea și studierea bolilor umane și pentru capturarea atomilor care stau la baza celor mai precise ceasuri din lume, a calculului cuantic și a multor alte tehnologii cuantice.
Recent, cercetătorii de la Institutul Național de Standarde și Tehnologie (NIST) au anunțat proiectarea unui circuit fotonic pe un cip care poate converti un singur fascicul laser incident într-o serie de noi fascicule și face ca fiecare fascicul să aibă proprietăți optice diferite.

Potrivit raportului, fasciculele nou generate păstrează frecvența fasciculului original în timp ce părăsesc circuitul din diferite locații de pe cip. Acest lucru permite oamenilor de știință și inginerilor să aleagă caracteristicile specifice ale unuia sau mai multor fascicule pentru o anumită aplicație.
Pe măsură ce fasciculul intră în cipul fotonic, este direcționat către o zonă în care un divizor de fascicul împarte unda luminoasă în două părți. În fiecare locație, un strat subțire de pentoxid de tantal, asemănător cu brânza elvețiană, modifică multe dintre proprietățile undei de lumină, inclusiv faza și polarizarea acesteia.
Pentru a face acest lucru, totuși, de obicei necesită optice voluminoase, care ocupă mult spațiu de laborator. Noul dispozitiv proiectat de NIST ar putea în cele din urmă să elimine necesitatea unei astfel de optici și să ajute la miniaturizarea celei mai recente generații de ceasuri atomice și alte dispozitive, astfel încât acestea să poată fi efectiv folosit. Ceasurile optice atomice mici, portabile, ar putea îmbunătăți considerabil sistemele de navigație, în special sub apă, unde GPS-ul nu este disponibil.
Lentile asferice lustruite CNC de înaltă precizie
Majoritatea metodelor de modelare și direcționare a luminii pe un cip, inclusiv cele care folosesc suprafețe, implică de obicei transformarea unui singur fascicul de lumină cu un set de proprietăți într-un singur fascicul de lumină cu un alt set de proprietăți diferite.
În schimb, spune cercetătorul NIST Grisha Spektor, dispozitivul lor poate genera un număr mare de fascicule formate dintr-un singur fascicul de intrare. Cercetătorii au nevoie de mai multe fascicule laser care bombardează norul atomic simultan din diferite direcții pentru a captura și răci norul, astfel încât să poată fi folosit ca bază pentru un ceas atomic. Ultima generație de ceasuri atomice optice, care ar putea deveni noul standard internațional pentru definirea celui de-al doilea, necesită de obicei șase fascicule laser.
Circuitul generează aceste fascicule într-un strat ultrasubțire de pentoxid de tantal de 150-nanometru grosime. Pentoxidul de tantal, utilizat în mod obișnuit în acoperirile optice, are un indice de refracție ridicat și este aproape complet transparent.
Folosind algoritmi de computer, Grisha Spektor și colegii săi au imprimat stratul de pentoxid de tantal cu un model asemănător brânzei elvețiene pentru a produce mai multe fascicule, fiecare cu proprietăți diferite. Grisha Spektor spune că, deoarece circuitul fotonic constă dintr-un singur strat de material, poate fi fabricat cu relativă uşurinţă şi mărit la dimensiuni mai mari după cum este necesar.
Rezultatele arată că fasciculul laser intră în cip printr-un canal care direcționează lumina către mai multe locații diferite din cip. În fiecare locație, fluxul optic este împărțit în două părți. Structura pentoxidului de tantal conferă fiecărui flux o fază diferită - poziția undei luminoase în ciclurile sale de vârf și minim.