Nye fotoniske kretser laget for å konvertere en enkelt laserstråle til mange forskjellige nye stråler

Nøyaktig forming og kontroll av synlige lysstråler er avgjørende for å diagnostisere og studere menneskelige sykdommer og fange opp atomene som danner grunnlaget for verdens mest nøyaktige klokker, kvanteberegning og mange andre kvanteteknologier.
Nylig annonserte forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) utformingen av en fotonisk krets på en brikke som kan konvertere en enkelt innfallende laserstråle til en serie nye stråler, og få hver stråle til å ha forskjellige optiske egenskaper.

I følge rapporten beholder de nylig genererte strålene frekvensen til den originale strålen mens de forlater kretsen fra forskjellige steder på brikken. Dette lar forskere og ingeniører velge de spesifikke egenskapene til en eller flere bjelker for en bestemt applikasjon.
Når strålen kommer inn i den fotoniske brikken, blir den rettet mot et område der en stråledeler deler lysbølgen i to deler. På hvert sted endrer et tynt sveitsisk ostlignende lag av tantalpentoksid mange av egenskapene til lysbølgen, inkludert dens fase og polarisering.
Å gjøre det krever imidlertid vanligvis voluminøs optikk som tar opp mye plass i laboratoriet. Den nye enheten designet av NIST kan til slutt eliminere behovet for slik optikk og bidra til å miniatyrisere den siste generasjonen atomklokker og andre enheter slik at de faktisk kan brukes brukt. Små, bærbare optiske atomklokker kan forbedre navigasjonssystemer betraktelig, spesielt under vann der GPS ikke er tilgjengelig.
Høypresisjon CNC-polerte asfæriske linser
De fleste metoder for å forme og rette lys på en brikke, inkludert de som bruker hyperoverflater, involverer vanligvis å konvertere en enkelt lysstråle med ett sett egenskaper til en enkelt lysstråle med et annet sett med forskjellige egenskaper.
I kontrast, sier NIST-forsker Grisha Spektor, kan enheten deres generere et stort antall formede stråler fra en enkelt inngangsstråle. Forskerne trenger flere laserstråler som bombarderer atomskyen samtidig fra forskjellige retninger for å fange og avkjøle skyen slik at den kan brukes som grunnlag for en atomklokke. Den siste generasjonen av optiske atomklokker, som sannsynligvis vil bli den nye internasjonale standarden for å definere den andre, krever vanligvis seks laserstråler.
Kretsen genererer disse strålene i et ultratynt 150-nanometertykt lag av tantalpentoksid. Tantalpentoksid, vanligvis brukt i optiske belegg, har en høy brytningsindeks og er nesten helt gjennomsiktig.
Ved å bruke datamaskinalgoritmer, prentet Grisha Spektor og hans kolleger tantalpentoksidlaget med et sveitsisk ostlignende mønster for å produsere flere stråler, hver med forskjellige egenskaper. Grisha Spektor sier at fordi den fotoniske kretsen består av et enkelt lag med materiale, kan det være produseres relativt enkelt og skaleres opp til større størrelser etter behov.
Resultatene viser at laserstrålen kommer inn i brikken gjennom en kanal som leder lyset til flere forskjellige steder i brikken. På hvert sted deles den optiske strømmen i to deler. Strukturen til tantalpentoksid gir hver strøm en annen fase - plasseringen av lysbølgen i topp- og bunnsyklusene.