Исследователи использовали фотонные чипы и метаповерхность для управления несколькими лазерными лучами одновременно. Инженеры из Национального института стандартов и технологий США разработали устройства в масштабе чипа для одновременного управления цветом, фокусом, направлением движения и поляризацией нескольких лучей лазерного света. Технология подойдет для создания портативных датчиков и квантовых устройств.

Традиционные оптические системы, которые позволяют управлять даже одним лазерным лучом, представляют масштабную конструкцию размером с обеденный стол. На нем размещается множество линз, поляризаторов, зеркал и других устройств. Для создания портативных датчиков и квантовых компьютеров потребуются миниатюрные чипы.

Исследователи объединили две технологии на уровне микросхем: интегральные фотонные схемы, которые используют крошечные прозрачные каналы и другие микрокомпоненты для направления света; и источник нетрадиционной оптики, известный как оптическая метаповерхность. Такие поверхности состоят из стеклянных пластин с миллионами крошечных структур высотой всего в несколько сотен миллиардных долей метра, которые манипулируют свойствами света без необходимости в громоздкой оптике.

Система для формирования нескольких лазерных лучей (синие стрелки) и управления их поляризацией состоит из трех компонентов: эванесцентного ответвителя (EVC), который направляет свет от одного устройства к другому; метарешетки (MG), которая рассеивает свет; и метаповерхность (MS), небольшая стеклянная поверхность, усеянная миллионами столбов, которые действуют как линзы. Изображение: NIST

В серии экспериментов исследователи продемонстрировали, что один фотонный чип выполнял работу 36 оптических компонентов, одновременно контролируя направление, фокус и поляризацию (плоскость, в которой световая волна колеблется при движении) 12 лазерных лучей, разделенных на четыре различных цвета. Также они показали, что крошечный чип может направлять два луча разных цветов, чтобы те шли параллельно. Это необходимо для создания атомных часов.

Исследователи отмечают, что они продолжают работать над полноценной оптической системой на базе чипа. Пока лазерный свет еще недостаточно мощен, чтобы охладить атомы до сверхнизких температур, необходимых для миниатюрных усовершенствованных атомных часов.