通过使用光波而不是电流来传输数据，光子芯片——光电路——已经在从定时到电信的许多领域进行了基础研究。然而，对于许多应用来说，通过这些电路的窄光束必须大大加宽，才能与更大的片外系统连接。更宽的光束可以提高医学成像和诊断程序、检测微量有毒或挥发性化学物质的安全系统以及依赖大量原子分析的设备的速度和灵敏度。
美国国家标准与技术研究所(NIST)的科学家已经开发出一种高效的转换器，可以将光束直径扩大400倍。NIST物理学家弗拉基米尔阿克肖克和他的同事，包括马里兰大学帕克分校、马里兰大学纳罗中心大学和德克萨斯理工大学卢伯克分校的研究人员，在《光、科学和应用》杂志上描述了他们的工作。
平板在垂直方向(从上到下)保持窄的光宽，但在横向或横向方向上没有这样的限制。随着波导和平板之间间隙的逐渐变化，平板中的光形成精确定向的光束，其宽度是原始光束直径约300纳米的400倍。
在扩展的第二阶段，它扩展了光的垂直维度，通过平板的光束遇到衍射光栅。光学装置具有周期性的刻痕或线，并且每个刻痕或线散射光。该团队设计了刻度尺的深度和间距，以便将光波结合起来，形成一束几乎与芯片表面成直角的宽光束。
重要的是，在整个两级膨胀过程中，光保持准直或完全平行，因此它保持在目标上，不会膨胀。准直光束的面积现在足够大，可以探测到探测大原子扩散包的光学特性所需的长距离。
在科罗拉多州博尔德市由NIST的约翰基钦领导的团队的合作下，研究人员成功地分析了大约1亿个气态铷原子的特征，这些原子使用两级转换器从一个能级跳到另一个能级。这是一个重要的概念证明，因为基于光和原子气体相互作用的设备可以测量时间、长度和磁场的数量，并且可以用于导航、通信和医学。
“原子移动得非常快。如果光束监测器监测到它们太小，它们进入和离开光束的速度太快，无法测量它们，”Kitching说。“对于大激光束，原子在光束中停留的时间更长，可以更精确地测量原子特性，”他补充道。这种测量可以提高波长和时间标准。
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