Νέα φωτονικά κυκλώματα τσιπ που δημιουργήθηκαν για να μετατρέψουν μια ενιαία δέσμη λέιζερ σε πολλές διαφορετικές νέες ακτίνες

Η ακριβής διαμόρφωση και ο έλεγχος των δεσμών ορατού φωτός είναι κρίσιμης σημασίας για τη διάγνωση και τη μελέτη ανθρώπινων ασθενειών και τη σύλληψη των ατόμων που αποτελούν τη βάση των πιο ακριβών ρολογιών του κόσμου, των κβαντικών υπολογιστών και πολλών άλλων κβαντικών τεχνολογιών.
Πρόσφατα, ερευνητές στο Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) ανακοίνωσαν το σχεδιασμό ενός φωτονικού κυκλώματος σε ένα τσιπ που μπορεί να μετατρέψει μια μεμονωμένη προσπίπτουσα δέσμη λέιζερ σε μια σειρά από νέες δέσμες και να κάνει κάθε δέσμη να έχει διαφορετικές οπτικές ιδιότητες.

Σύμφωνα με την έκθεση, οι δέσμες που δημιουργήθηκαν πρόσφατα διατηρούν τη συχνότητα της αρχικής δέσμης ενώ φεύγουν από το κύκλωμα από διαφορετικές θέσεις στο τσιπ. Αυτό επιτρέπει σε επιστήμονες και μηχανικούς να επιλέξουν τα συγκεκριμένα χαρακτηριστικά μιας ή περισσότερων δοκών για μια συγκεκριμένη εφαρμογή.
Καθώς η δέσμη εισέρχεται στο φωτονικό τσιπ, κατευθύνεται σε μια περιοχή όπου ένας διαχωριστής δέσμης χωρίζει το κύμα φωτός σε δύο μέρη. Σε κάθε τοποθεσία, ένα λεπτό στρώμα πεντοξειδίου του τανταλίου που μοιάζει με ελβετικό τυρί αλλάζει πολλές από τις ιδιότητες του φωτεινού κύματος, συμπεριλαμβανομένης της φάσης και της πόλωσής του.
Ωστόσο, για να γίνει αυτό, συνήθως απαιτούνται ογκώδη οπτικά που καταλαμβάνουν πολύ χώρο στο εργαστήριο. Η νέα συσκευή που σχεδιάστηκε από το NIST θα μπορούσε τελικά να εξαλείψει την ανάγκη για τέτοια οπτικά και να βοηθήσει στη μικρογραφία της τελευταίας γενιάς ατομικών ρολογιών και άλλων συσκευών, ώστε να μπορούν πραγματικά να μεταχειρισμένος. Μικρά, φορητά ατομικά οπτικά ρολόγια θα μπορούσαν να βελτιώσουν σημαντικά τα συστήματα πλοήγησης, ειδικά υποβρύχια όπου το GPS δεν είναι διαθέσιμο.
Ασφαιρικοί φακοί υψηλής ακρίβειας γυαλισμένοι με CNC
Οι περισσότερες μέθοδοι διαμόρφωσης και κατεύθυνσης του φωτός σε ένα τσιπ, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που χρησιμοποιούν υπερεπιφάνειες, συνήθως περιλαμβάνουν τη μετατροπή μιας ενιαίας δέσμης φωτός με ένα σύνολο ιδιοτήτων σε μια ενιαία δέσμη φωτός με ένα άλλο σύνολο διαφορετικών ιδιοτήτων.
Αντίθετα, λέει ο ερευνητής του NIST, Grisha Spektor, η συσκευή τους μπορεί να δημιουργήσει μεγάλο αριθμό διαμορφωμένων ακτίνων από μία μόνο δέσμη εισόδου. Οι ερευνητές χρειάζονται πολλαπλές ακτίνες λέιζερ που βομβαρδίζουν το ατομικό νέφος ταυτόχρονα από διαφορετικές κατευθύνσεις για να συλλάβουν και να ψύξουν το νέφος, ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βάση για ένα ατομικό ρολόι. Η τελευταία γενιά οπτικών ατομικών ρολογιών, τα οποία είναι πιθανό να γίνουν το νέο διεθνές πρότυπο για τον ορισμό του δεύτερου, συνήθως απαιτούν έξι ακτίνες λέιζερ.
Το κύκλωμα δημιουργεί αυτές τις δέσμες μέσα σε ένα εξαιρετικά λεπτό στρώμα πεντοξειδίου του τανταλίου πάχους 150-νανομέτρων. Το πεντοξείδιο του τανταλίου, που χρησιμοποιείται συνήθως σε οπτικές επιστρώσεις, έχει υψηλό δείκτη διάθλασης και είναι σχεδόν εντελώς διαφανές.
Χρησιμοποιώντας αλγόριθμους υπολογιστή, ο Grisha Spektor και οι συνεργάτες του αποτύπωσαν το στρώμα πεντοξειδίου του τανταλίου με ένα ελβετικό μοτίβο που μοιάζει με τυρί για να παράγουν πολλαπλές δέσμες, καθεμία με διαφορετικές ιδιότητες. Η Grisha Spektor λέει ότι επειδή το φωτονικό κύκλωμα αποτελείται από ένα μόνο στρώμα υλικού, μπορεί να κατασκευάζεται με σχετική ευκολία και κλιμακώνεται σε μεγαλύτερα μεγέθη ανάλογα με τις ανάγκες.
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η δέσμη λέιζερ εισέρχεται στο τσιπ μέσω ενός καναλιού που κατευθύνει το φως σε πολλές διαφορετικές θέσεις μέσα στο τσιπ. Σε κάθε θέση, η οπτική ροή χωρίζεται σε δύο μέρη. Η δομή του πεντοξειδίου του τανταλίου δίνει σε κάθε ρεύμα μια διαφορετική φάση - τη θέση του φωτεινού κύματος στους κύκλους αιχμής και κατώφλι του.