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新一代量子設(shè)備可在單個芯片上控制多個激光器

led13535084363 ? 來源:光行天下 ? 2023-04-16 10:06 ? 次閱讀

美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)的研究人員開發(fā)了芯片級設(shè)備,用于同時控制多束激光的顏色、焦點、傳輸方向和偏振。

使用單個芯片調(diào)整這些特性的能力,對于制造新型便攜式傳感器至關(guān)重要,這種傳感器能夠以前所未有的精度測量如旋轉(zhuǎn)、加速度、時間和磁場等基本量,這超出了實驗室的限制。

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NIST的研究人員設(shè)計并制造了這個芯片上的系統(tǒng),以形成多個激光束(藍(lán)色箭頭),并在光線被送入太空與設(shè)備或材料相互作用之前控制它們的偏振。操縱激光束有三個組成部分:一個倏逝耦合器(EVC),它將光從一個設(shè)備耦合到另一個設(shè)備;超光柵(MG),這是一種微小的表面,上面印著數(shù)百萬個小孔,可以像大尺寸衍射光柵一樣散射光線;還有一個超表面(MS),一個小的玻璃表面,上面布滿了數(shù)百萬個柱子,充當(dāng)透鏡的作用。

通常情況下,一個像餐桌一樣大的實驗室工作臺需要容納各種各樣的透鏡、偏光器、鏡子和其他設(shè)備,這些設(shè)備甚至需要操縱一束激光。然而,許多量子技術(shù),包括微型光學(xué)原子鐘和一些未來的量子計算機,將需要在一個小空間區(qū)域內(nèi)同時訪問多種、廣泛變化的激光顏色。

為了解決這個問題,NIST科學(xué)家Vladimir Aksyuk和他的同事們結(jié)合了兩種芯片規(guī)模的技術(shù):集成光子電路,它使用微小的透明通道和其他微型組件來引導(dǎo)光線;還有一種非常規(guī)光學(xué)的來源被稱為光學(xué)超表面。這種表面由玻璃晶片組成,晶片上有數(shù)百萬個微小結(jié)構(gòu),高度只有幾千億分之一米,不需要笨重的光學(xué)裝置就能操縱光的性質(zhì)。

Aksyuk和他的合作者證明,一個光子芯片完成了36個光學(xué)組件的工作,同時控制了的12個激光束的方向、聚焦和偏振(光波傳播時振動的平面),分成四種不同顏色。

該團隊還展示了這種微型芯片可以引導(dǎo)兩束不同顏色的光束相互平行運動,這是某些類型的先進原子鐘的要求。他們在《光:科學(xué)與應(yīng)用》( Light: Science & Applications)報道了他們的研究成果。

NIST團隊成員Amit Agrawal說:“用一個可以在潔凈室中制造的簡單半導(dǎo)體晶圓取代裝滿笨重光學(xué)元件的光學(xué)工作臺,真正改變了游戲規(guī)則。”他補充說:“這些技術(shù)是必要的,因為它們堅固而緊湊,并且可以在現(xiàn)實條件下輕松地重新配置用于不同的實驗。”

Aksyuk指出,基于芯片的光學(xué)系統(tǒng)正在開發(fā)中。例如,激光還不足以將原子冷卻到小型化先進原子鐘所需的超低溫。雖然激光通常會給原子提供能量,使它們升溫并移動得更快,但如果仔細(xì)選擇光的頻率和其他性質(zhì),情況就會相反。在撞擊原子時,激光光子會誘導(dǎo)原子放棄能量并冷卻,這樣它們就可以被磁場捕獲。

Aksyuk說:“即使沒有冷卻能力,微型光學(xué)系統(tǒng)也是在芯片上建造先進原子鐘的關(guān)鍵一步”。

相關(guān)鏈接:https://phys.org/news/2023-04-multiple-lasers-chip-generation-quantum.html

審核編輯 :李倩

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原文標(biāo)題:新一代量子設(shè)備可在單個芯片上控制多個激光器

文章出處:【微信號:光行天下,微信公眾號:光行天下】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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