Mạch quang tử chip mới được tạo ra để chuyển đổi một chùm tia laser thành nhiều chùm tia mới khác nhau

Việc định hình và kiểm soát chính xác các chùm ánh sáng khả kiến ​​là rất quan trọng để chẩn đoán và nghiên cứu các bệnh ở người cũng như thu thập các nguyên tử tạo nên nền tảng của đồng hồ, điện toán lượng tử và nhiều công nghệ lượng tử khác chính xác nhất thế giới.
Gần đây, các nhà nghiên cứu tại Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) đã công bố thiết kế mạch quang tử trên một con chip có thể chuyển đổi một chùm tia laser tới thành một loạt chùm tia mới và làm cho mỗi chùm tia có những đặc tính quang học khác nhau.

Theo báo cáo, các chùm tia mới được tạo ra vẫn giữ nguyên tần số của chùm tia ban đầu trong khi rời khỏi mạch từ các vị trí khác nhau trên chip. Điều này cho phép các nhà khoa học và kỹ sư lựa chọn các đặc tính cụ thể của một hoặc nhiều chùm tia cho một ứng dụng cụ thể.
Khi chùm tia đi vào chip quang tử, nó được dẫn đến một khu vực nơi bộ tách chùm chia sóng ánh sáng thành hai phần. Tại mỗi vị trí, một lớp tantalum pentoxit mỏng giống như pho mát Thụy Sĩ làm thay đổi nhiều tính chất của sóng ánh sáng, bao gồm cả pha và sự phân cực của nó.
Tuy nhiên, làm như vậy thường đòi hỏi những bộ phận quang học cồng kềnh, chiếm nhiều không gian trong phòng thí nghiệm. Thiết bị mới do NIST thiết kế cuối cùng có thể loại bỏ nhu cầu về những bộ phận quang học như vậy và giúp thu nhỏ thế hệ đồng hồ nguyên tử mới nhất và các thiết bị khác để chúng thực sự có thể hoạt động được. đã sử dụng. Đồng hồ quang nguyên tử nhỏ, di động có thể cải thiện đáng kể hệ thống định vị, đặc biệt là dưới nước nơi không có GPS.
Thấu kính phi cầu được đánh bóng bằng CNC có độ chính xác cao
Hầu hết các phương pháp định hình và định hướng ánh sáng trên chip, bao gồm cả những phương pháp sử dụng siêu bề mặt, thường liên quan đến việc chuyển đổi một chùm ánh sáng với một tập hợp các đặc tính thành một chùm ánh sáng với một tập hợp các đặc tính khác.
Ngược lại, nhà nghiên cứu Grisha Spektor của NIST cho biết, thiết bị của họ có thể tạo ra một số lượng lớn chùm tia có hình dạng từ một chùm tia đầu vào duy nhất. Các nhà nghiên cứu cần nhiều chùm tia laser bắn phá đồng thời đám mây nguyên tử từ các hướng khác nhau để thu giữ và làm mát đám mây để nó có thể được sử dụng làm cơ sở cho đồng hồ nguyên tử. Thế hệ đồng hồ nguyên tử quang học mới nhất, có khả năng trở thành tiêu chuẩn quốc tế mới để xác định giây, thường cần sáu chùm tia laser.
Mạch tạo ra các chùm tia này trong lớp tantalum pentoxide siêu mỏng 150-dày nanomet. Tantalum pentoxit, thường được sử dụng trong lớp phủ quang học, có chỉ số khúc xạ cao và gần như hoàn toàn trong suốt.
Sử dụng các thuật toán máy tính, Grisha Spektor và các đồng nghiệp của ông đã in lên lớp tantalum pentoxit với hoa văn giống như pho mát Thụy Sĩ để tạo ra nhiều chùm tia, mỗi chùm có những đặc tính khác nhau. Grisha Spektor cho biết vì mạch quang tử bao gồm một lớp vật liệu nên nó có thể được chế tạo tương đối dễ dàng và có thể mở rộng đến kích thước lớn hơn khi cần thiết.
Kết quả cho thấy chùm tia laser đi vào chip thông qua một kênh hướng ánh sáng đến một số vị trí khác nhau trong chip. Tại mỗi vị trí, luồng quang được chia thành hai phần. Cấu trúc của tantalum pentoxide mang lại cho mỗi dòng một pha khác nhau - vị trí của sóng ánh sáng trong chu kỳ đỉnh và đáy của nó.