Инженеры из Национального института стандартов и технологий США разработали устройства, по размеру сравнимые с чипом, чья функция будет заключаться в одновременном управлении цветом, фокусом, направлением движения и поляризацией некоторого количества лучей лазерного света. Такая новоиспеченная технология в перспективе может использоваться в производстве портативных датчиков и квантовых устройств.
Привычные оптические системы зачастую можно описать как массивные конструкции размером, сравнимым со стандартной мебелью (вроде небольшого шкафа), даже если система способна управлять всего одним лазерным лучом. Она состоит из большого числа линз, поляризаторов, зеркал и остальных компонентов. Для того чтобы создать портативные датчики и квантовые компьютеры необходимо использовать миниатюрные чипы.
Исследователи сумели совместить две технологии на уровне микросхем: интегральные фотонные схемы, в состав которых входят мельчайшие прозрачные каналы и другие микрокомпоненты направляющие свет, а также источник нетрадиционной оптики, названный оптической метаповерхностью. Подобного рода поверхности имеют в своем составе особые пластины, выполненные из стекла. Каждая такая пластина характеризуется наличием огромного количества мельчайших структур, исчисляемых миллионами. Высота каждой структуры равняется нескольким сотням нанометров. Эти пластины способны производить манипуляции со свойствами света без применения крупногабаритной оптики.
Система, чья функция заключается в формировании нескольких лазерных лучей (синие стрелки) и управлении их поляризацией, состоит из трех компонентов: эванесцентного ответвителя (EVC), направляющего свет от одного устройства к другому; метарешетки (MG), рассеивающей свет; и метаповерхности (MS), небольшой стеклянной поверхности, усыпанной миллионами столбов, действующих как линзы.
Во время проведения некоторого количества экспериментов исследователи выяснили, что один фотонный чип может эффективно заменять сразу 36 оптических компонентов. Он может держать под контролем одновременно и направление, и фокус и поляризацию (направление световой волны в определенной плоскости) 12 лазерных лучей, разделенных на четыре разных цвета. Кроме того, стало ясно, что крошечный чип способен направлять два луча разных цветов таким образом, чтобы те могли идти параллельно. Такой подход идеально подходит для производства атомных часов.
По словам исследователей, работа над полноценно функционирующей оптической системой, основанной на чипе уже идет полным ходом. В настоящее время технологии создающие лазерный свет пока не имеют достаточной мощности, которой хватило бы для охлаждения атомов до сверхнизких температур, требуемых для компактных модернизированных атомных часов.