通過使用光波而不是電流來傳輸數(shù)據(jù)，光子芯片——光電路——已經(jīng)在從定時到電信的許多領(lǐng)域進行了基礎(chǔ)研究。然而，對于許多應用來說，通過這些電路的窄光束必須大大加寬，才能與更大的片外系統(tǒng)連接。更寬的光束可以提高醫(yī)學成像和診斷程序、檢測微量有毒或揮發(fā)性化學物質(zhì)的安全系統(tǒng)以及依賴大量原子分析的設(shè)備的速度和靈敏度。
美國國家標準與技術(shù)研究所(NIST)的科學家已經(jīng)開發(fā)出一種高效的轉(zhuǎn)換器，可以將光束直徑擴大400倍。NIST物理學家弗拉基米爾阿克肖克和他的同事，包括馬里蘭大學帕克分校、馬里蘭大學納羅中心大學和德克薩斯理工大學盧伯克分校的研究人員，在《光、科學和應用》雜志上描述了他們的工作。
平板在垂直方向(從上到下)保持窄的光寬，但在橫向或橫向方向上沒有這樣的限制。隨著波導和平板之間間隙的逐漸變化，平板中的光形成精確定向的光束，其寬度是原始光束直徑約300納米的400倍。
在擴展的第二階段，它擴展了光的垂直維度，通過平板的光束遇到衍射光柵。光學裝置具有周期性的刻痕或線，并且每個刻痕或線散射光。該團隊設(shè)計了刻度尺的深度和間距，以便將光波結(jié)合起來，形成一束幾乎與芯片表面成直角的寬光束。
重要的是，在整個兩級膨脹過程中，光保持準直或完全平行，因此它保持在目標上，不會膨脹。準直光束的面積現(xiàn)在足夠大，可以探測到探測大原子擴散包的光學特性所需的長距離。
在科羅拉多州博爾德市由NIST的約翰基欽領(lǐng)導的團隊的合作下，研究人員成功地分析了大約1億個氣態(tài)銣原子的特征，這些原子使用兩級轉(zhuǎn)換器從一個能級跳到另一個能級。這是一個重要的概念證明，因為基于光和原子氣體相互作用的設(shè)備可以測量時間、長度和磁場的數(shù)量，并且可以用于導航、通信和醫(yī)學。
“原子移動得非?？?。如果光束監(jiān)測器監(jiān)測到它們太小，它們進入和離開光束的速度太快，無法測量它們，”Kitching說?！皩τ诖蠹す馐?，原子在光束中停留的時間更長，可以更精確地測量原子特性，”他補充道。這種測量可以提高波長和時間標準。
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