単一のレーザービームを多くの異なる新しいビームに変換するために作成された新しいチップフォトニック回路

可視光線を正確に成形して制御することは、人間の病気を診断して研究し、世界で最も正確な時計、量子コンピューティング、その他多くの量子技術の基礎を形成する原子を捕捉するために重要です。
最近、国立標準技術研究所 (NIST) の研究者は、単一の入射レーザー ビームを一連の新しいビームに変換し、各ビームに異なる光学特性を持たせることができるチップ上のフォトニック回路の設計を発表しました。

報告書によると、新たに生成されたビームは元のビームの周波数を保持しながら、チップ上の異なる場所から回路を出ます。 これにより、科学者やエンジニアは、特定の用途に合わせて 1 つ以上のビームの特定の特性を選択できます。
ビームがフォトニックチップに入射すると、ビームスプリッターが光波を 2 つの部分に分割する領域に導かれます。 それぞれの場所で、スイスチーズのような五酸化タンタルの薄い層が、位相や偏光を含む光波の多くの特性を変化させます。
しかし、そのためには、通常、実験室の多くのスペースを占有するかさばる光学系が必要になります。NIST が設計した新しいデバイスは、最終的にそのような光学系の必要性を排除し、最新世代の原子時計やその他のデバイスを小型化して実際に使用できるようにするのに役立つ可能性があります。使用済み。 小型でポータブルな原子光時計は、特に GPS が利用できない水中でのナビゲーション システムを大幅に改善する可能性があります。
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超曲面を使用する方法を含め、チップ上で光を整形および方向付けるほとんどの方法では、通常、あるセットの特性を持つ単一の光ビームを、別のセットの異なる特性を持つ単一の光ビームに変換する必要があります。
対照的に、NISTの研究者グリシャ・スペクター氏は、彼らのデバイスは単一の入力ビームから多数の成形ビームを生成できると述べています。 研究者らは、原子雲を捕捉して冷却し、原子時計の基礎として使用できるようにするために、原子雲にさまざまな方向から同時に複数のレーザー光線を照射する必要がある。 最新世代の光原子時計は、秒を定義するための新しい国際標準となる可能性が高く、通常は 6 つのレーザー ビームが必要です。
この回路は、五酸化タンタルの極薄150-ナノメートルの層内でこれらのビームを生成します。 五酸化タンタルは通常光学コーティングに使用され、屈折率が高く、ほぼ完全に透明です。
グリシャ・スペクターと彼の同僚は、コンピューターアルゴリズムを使用して、五酸化タンタル層にスイスチーズのようなパターンをインプリントし、それぞれが異なる特性を持つ複数のビームを生成しました。グリシャ・スペクターは、フォトニック回路は単一の材料層で構成されているため、次のように述べています。比較的簡単に製造でき、必要に応じてより大きなサイズにスケールアップできます。
結果は、レーザー ビームが、チップ内のいくつかの異なる場所に光を導くチャネルを通ってチップに入射することを示しています。 各位置で、オプティカル フローは 2 つの部分に分割されます。 五酸化タンタルの構造は、各ストリームに異なる位相、つまりピークと谷のサイクルにおける光波の位置を与えます。