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(jìn)行了基礎(chǔ)研究。然而，對于許多應(yīng)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(xué)成像和診斷程序、檢測微量有毒或揮發(fā)性化學(xué)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(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)的科學(xué)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(kuò)大400倍。NIST物理學(xué)家弗拉基米爾阿克肖克和他的同事，包括馬里蘭大學(xué)帕克分校、馬里蘭大學(xué)納羅中心大學(xué)和德克薩斯理工大學(xué)盧伯克分校的研究人員，在《光、科學(xué)和應(yīng)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(dǎo)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(kuò)展的第二階段，它擴(kuò)展了光的垂直維度，通過平板的光束遇到衍射光柵。光學(xué)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(tuán)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(zhǔn)直或完全平行，因此它保持在目標(biāo)上，不會膨脹。準(zhǔn)直光束的面積現(xiàn)在足夠大，可以探測到探測大原子擴(kuò)散包的光學(xué)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(dǎo)的團(tuán)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(dǎo)航、通信和醫(yī)學(xué)。
“原子移動得非常快。如果光束監(jiān)測器監(jiān)測到它們太小，它們進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)。
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