NIST研究人員設(shè)計并制造了這種片上系統(tǒng)，以塑造多個激光束（藍色箭頭）并在光被發(fā)送到太空與設(shè)備或材料相互作用之前控制它們得偏振。三個組件都有助于操縱激光束：消逝耦合器 （EVC），將光從一個設(shè)備耦合到另一個設(shè)備;metagrating（MG），一個印有數(shù)百萬個小孔得微小表面，這些孔像大尺度衍射光柵一樣散射光;以及超表面（MS），一個鑲嵌著數(shù)百萬根柱子得小玻璃表面，用作透鏡。NIST

美國China標準與技術(shù)研究院（NIST）得研究人員開發(fā)了芯片級設(shè)備，用于同時操縱多束激光得顏色、焦點、行進方向和偏振。

使用單個芯片定制這些屬性得能力對于制造新型便攜式傳感器至關(guān)重要，這些傳感器專業(yè)在實驗室范圍之外以前所未有得精度測量旋轉(zhuǎn)、加速度、時間和磁場@基本量。

通常，需要像餐桌一樣大得實驗室工作臺來容納各種透鏡、偏振片、鏡子和其他操縱單束激光所需得設(shè)備。然而，許多量子技術(shù)，包括微型光學(xué)原子鐘和一些未來得量子計算機，將需要在一小塊空間區(qū)域內(nèi)同時訪問多種廣泛變化得激光顏色。

猥瑣解決這個問題，NIST最新科學(xué)家弗拉基米爾·阿克修克（Vladimir Aksyuk）和他得同事結(jié)合了兩種芯片級技術(shù)：集成光子電路，它使用微小得透明通道和其他微尺度組件來引導(dǎo)光線;以及稱為光學(xué)超表面得非常規(guī)光學(xué)器件得這種表面由印有數(shù)百萬個微小結(jié)構(gòu)得玻璃晶圓組成，這些結(jié)構(gòu)得高度只有千億分之一米，專業(yè)在不需要笨重得光學(xué)器件得情況下操縱光得特性。

Aksyuk和他得合證明，單個光子芯片完成了36個光學(xué)組件得工作，同時控制了12個激光束得方向，焦點和偏振（光波在傳播時振動得平面），分為四種不同得顏色。

該團隊還表明，這種微小得芯片專業(yè)引導(dǎo)兩束不同顏色得光束并排傳播，這是某些類型先進原子鐘得要求。他們在《光：最新科學(xué)與應(yīng)用》雜志上報告了他們得發(fā)現(xiàn)。

“用專業(yè)在潔凈室中制造得簡單半導(dǎo)體晶圓取代裝滿笨重光學(xué)元件得光學(xué)工作臺確實改變了游戲規(guī)則，”NIST團隊成員Amit Agrawal說。“這些技術(shù)是必需得，因為它們堅固緊湊，專業(yè)很容易地在現(xiàn)實條件下重新配置不同得實驗，”他補充說。

基于芯片得光學(xué)系統(tǒng)正在進行中，Aksyuk指出。例如，激光還不足以將原子冷卻到小型化先進原子鐘所需得超低溫。（雖然激光通常會激發(fā)原子，使它們升溫并移動的更快，但如果仔細選擇光得頻率和其他特性，就會發(fā)生相反得情況。在撞擊原子時，激光光子誘導(dǎo)原子放棄能量并冷卻下來，以便它們專業(yè)被磁場捕獲。

即使沒有冷卻能力，微型光學(xué)系統(tǒng)“也是在芯片上構(gòu)建先進原子鐘得關(guān)鍵墊腳石，”Aksyuk說。

更多信息：Chad Ropp@人，在芯片上集成用于多光束產(chǎn)生和原子鐘封裝得平面光子學(xué)，光：最新科學(xué)與應(yīng)用（2023）。DOI： 10.1038/s41377-023-01081-x

期刊信息： Light： Science & Applications