Novos circuitos fotônicos de chip criados para converter um único feixe de laser em muitos novos feixes diferentes

Moldar e controlar com precisão os feixes de luz visível é fundamental para diagnosticar e estudar doenças humanas e capturar os átomos que formam a base dos relógios mais precisos do mundo, da computação quântica e de muitas outras tecnologias quânticas.
Recentemente, pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) anunciaram o projeto de um circuito fotônico em um chip que pode converter um único feixe de laser incidente em uma série de novos feixes e fazer com que cada feixe tenha propriedades ópticas diferentes.

De acordo com o relatório, os feixes recém-gerados retêm a frequência do feixe original enquanto saem do circuito de diferentes locais do chip. Isto permite que cientistas e engenheiros escolham as características específicas de um ou mais feixes para uma aplicação específica.
À medida que o feixe entra no chip fotônico, ele é direcionado para uma área onde um divisor de feixe divide a onda de luz em duas partes. Em cada local, uma fina camada de pentóxido de tântalo, semelhante a um queijo suíço, altera muitas das propriedades da onda de luz, incluindo sua fase e polarização.
Fazer isso, no entanto, normalmente requer óptica volumosa que ocupa muito espaço de laboratório. O novo dispositivo projetado pelo NIST poderia, em última análise, eliminar a necessidade de tal óptica e ajudar a miniaturizar a última geração de relógios atômicos e outros dispositivos para que possam realmente ser usado. Relógios ópticos atômicos pequenos e portáteis poderiam melhorar muito os sistemas de navegação, especialmente debaixo d'água, onde o GPS não está disponível.
Lentes asféricas polidas CNC de alta precisão
A maioria dos métodos de moldar e direcionar a luz em um chip, incluindo aqueles que usam hipersuperfícies, normalmente envolvem a conversão de um único feixe de luz com um conjunto de propriedades em um único feixe de luz com outro conjunto de propriedades diferentes.
Em contraste, diz Grisha Spektor, pesquisadora do NIST, seu dispositivo pode gerar um grande número de feixes moldados a partir de um único feixe de entrada. Os pesquisadores precisam de vários feixes de laser bombardeando a nuvem atômica simultaneamente de diferentes direções para capturar e resfriar a nuvem para que ela possa ser usada como base para um relógio atômico. A última geração de relógios atômicos ópticos, que provavelmente se tornarão o novo padrão internacional para definir o segundo, normalmente requer seis feixes de laser.
O circuito gera esses feixes dentro de uma camada ultrafina de pentóxido de tântalo com 150-nanômetros de espessura. O pentóxido de tântalo, normalmente usado em revestimentos ópticos, possui alto índice de refração e é quase totalmente transparente.
Usando algoritmos de computador, Grisha Spektor e seus colegas imprimiram na camada de pentóxido de tântalo um padrão semelhante ao de um queijo suíço para produzir vários feixes, cada um com propriedades diferentes. Grisha Spektor diz que, como o circuito fotônico consiste em uma única camada de material, ele pode ser fabricado com relativa facilidade e ampliado para tamanhos maiores conforme necessário.
Os resultados mostram que o feixe de laser entra no chip através de um canal que direciona a luz para vários locais diferentes dentro do chip. Em cada local, o fluxo óptico é dividido em duas partes. A estrutura do pentóxido de tântalo dá a cada fluxo uma fase diferente - a posição da onda de luz em seus ciclos de pico e vale.