วงจรโทนิคชิปใหม่ที่สร้างขึ้นเพื่อแปลงลำแสงเลเซอร์เดี่ยวให้เป็นลำแสงใหม่ที่แตกต่างกันมากมาย

การสร้างรูปร่างและการควบคุมลำแสงที่มองเห็นได้อย่างแม่นยำเป็นสิ่งสำคัญในการวินิจฉัยและศึกษาโรคของมนุษย์ และการจับอะตอมที่เป็นพื้นฐานของนาฬิกาที่แม่นยำที่สุดในโลก การคำนวณควอนตัม และเทคโนโลยีควอนตัมอื่นๆ อีกมากมาย
เมื่อเร็วๆ นี้ นักวิจัยจากสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (NIST) ได้ประกาศการออกแบบวงจรโฟโตนิกบนชิปที่สามารถแปลงลำแสงเลเซอร์ตกกระทบให้เป็นลำแสงใหม่ และทำให้ลำแสงแต่ละลำมีคุณสมบัติทางแสงที่แตกต่างกัน

ตามรายงาน ลำแสงที่สร้างขึ้นใหม่จะคงความถี่ของลำแสงเดิมไว้ในขณะที่ออกจากวงจรจากตำแหน่งต่างๆ บนชิป ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรสามารถเลือกลักษณะเฉพาะของคานตั้งแต่หนึ่งคานขึ้นไปสำหรับการใช้งานเฉพาะได้
เมื่อลำแสงเข้าสู่ชิปโฟโตนิก ลำแสงจะถูกส่งไปยังบริเวณที่ตัวแยกลำแสงจะแบ่งคลื่นแสงออกเป็นสองส่วน ในแต่ละตำแหน่ง ชั้นแทนทาลัมเพนท็อกไซด์คล้ายสวิสชีสบางๆ จะเปลี่ยนคุณสมบัติของคลื่นแสงหลายประการ รวมถึงเฟสและโพลาไรเซชันด้วย
อย่างไรก็ตาม การทำเช่นนี้มักจะต้องใช้เลนส์ขนาดใหญ่ซึ่งใช้พื้นที่ห้องปฏิบัติการมาก อุปกรณ์ใหม่ที่ออกแบบโดย NIST สามารถขจัดความจำเป็นในการใช้เลนส์ดังกล่าวได้ในที่สุด และช่วยย่อขนาดนาฬิกาอะตอมและอุปกรณ์อื่นๆ รุ่นล่าสุดให้เล็กลงเพื่อให้สามารถเป็นจริงได้ ใช้แล้ว. นาฬิกาอะตอมมิกแบบพกพาขนาดเล็กสามารถปรับปรุงระบบนำทางได้อย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งใต้น้ำที่ไม่มี GPS
เลนส์แอสเฟอริกขัดเงา CNC ที่มีความแม่นยำสูง
วิธีการส่วนใหญ่ในการสร้างรูปร่างและกำหนดทิศทางแสงบนชิป รวมถึงวิธีที่ใช้ไฮเปอร์เซอร์เฟซ โดยทั่วไปจะเกี่ยวข้องกับการแปลงลำแสงเดี่ยวที่มีคุณสมบัติชุดหนึ่งให้เป็นลำแสงเดี่ยวพร้อมอีกชุดหนึ่งที่มีคุณสมบัติต่างกัน
ในทางตรงกันข้าม Grisha Spektor นักวิจัยของ NIST กล่าวว่าอุปกรณ์ของพวกเขาสามารถสร้างลำแสงรูปทรงจำนวนมากจากลำแสงอินพุตเดี่ยว นักวิจัยต้องการลำแสงเลเซอร์หลายลำที่พุ่งโจมตีเมฆอะตอมพร้อมๆ กันจากทิศทางที่ต่างกันเพื่อจับและทำให้เมฆเย็นลง เพื่อให้สามารถใช้เป็นพื้นฐานสำหรับนาฬิกาอะตอมได้ นาฬิกาอะตอมแบบออปติคอลรุ่นล่าสุด ซึ่งมีแนวโน้มว่าจะกลายเป็นมาตรฐานสากลใหม่สำหรับการกำหนดวินาที โดยทั่วไปต้องใช้ลำแสงเลเซอร์หกลำ
วงจรจะสร้างลำแสงเหล่านี้ภายในชั้นแทนทาลัมเพนทอกไซด์ 150-ที่บางเฉียบระดับนาโนเมตร แทนทาลัมเพนทอกไซด์ โดยทั่วไปใช้ในการเคลือบแสง มีดัชนีการหักเหของแสงสูงและมีความโปร่งใสเกือบทั้งหมด
Grisha Spektor และเพื่อนร่วมงานของเขาใช้อัลกอริธึมคอมพิวเตอร์ในการพิมพ์ชั้นแทนทาลัมเพนท็อกไซด์ด้วยรูปแบบคล้ายชีสสวิสเพื่อสร้างลำแสงหลายอัน โดยแต่ละอันมีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน Grisha Spektor กล่าวว่าเนื่องจากวงจรโฟโตนิกประกอบด้วยวัสดุชั้นเดียว จึงสามารถ ประดิษฐ์ขึ้นอย่างง่ายดายและขยายขนาดให้ใหญ่ขึ้นได้ตามต้องการ
ผลการวิจัยพบว่าลำแสงเลเซอร์เข้าสู่ชิปผ่านช่องทางที่นำแสงไปยังตำแหน่งต่างๆ ภายในชิป ในแต่ละตำแหน่ง การไหลของแสงจะแบ่งออกเป็นสองส่วน โครงสร้างของแทนทาลัมเพนทอกไซด์ทำให้แต่ละกระแสมีเฟสที่แตกต่างกัน - ตำแหน่งของคลื่นแสงในรอบจุดสูงสุดและรอบรางน้ำ