图：NIST的研究人员设计并制造了这种片上系统，以形成多个激光束（蓝色箭头），并在光被送入太空与设备或材料相互作用之前控制其偏振。三个组件都有助于操纵激光束：一个倏逝耦合器（EVC），它将光从一个设备耦合到另一个设备；元光栅（MG），一种压印有数百万个小孔的微小表面，可以像大型衍射光栅一样散射光；以及超表面（MS），一种镶嵌着数百万个柱子的小玻璃表面，用作透镜
美国国家标准与技术研究所（NIST）的研究人员开发了芯片级设备，用于同时控制多束激光的颜色、焦点、行进方向和偏振。
使用单个芯片定制这些财产的能力对于制造新型便携式传感器至关重要，这种传感器可以在实验室范围外以前所未有的精度测量旋转、加速度、时间和磁场等基本量。
通常，需要一个像餐桌一样大的实验室工作台来放置各种各样的透镜、偏振器、镜子和其他设备，即使是一束激光也需要这些设备。然而，许多量子技术，包括微型光学原子钟和一些未来的量子计算机，将需要在一个小空间区域内同时访问多种广泛变化的激光颜色。
为了解决这个问题，NIST科学家Vladimir Aksuk和他的同事结合了两种芯片级技术：集成光子电路，它使用微小的透明通道和其他微尺度组件来引导光；以及被称为光学超表面的非常规光学器件。这种表面由玻璃晶片组成，上面印有数百万个微小结构，高度只有数千亿分之一米，这些结构可以在不需要笨重光学元件的情况下操纵光的特性。
Aksyuk和他的合作者证明，一个光子芯片完成了36个光学组件的工作，同时控制了的12个激光束的方向、聚焦和偏振（光波传播时振动的平面），分成四种不同颜色。
该团队还表明，这种微小的芯片可以引导两束不同颜色的光束并排行进，这是某些类型的先进原子钟的要求。他们在 Light: Science & Applications报道了他们的研究成果。
NIST团队成员Amit Agrawal说：“用一个可以在洁净室制造的简单半导体晶片取代一个装满笨重光学元件的光学桌，真的实现重大突破。”。他补充道：“这类技术是必要的，因为它们坚固紧凑，可以很容易地在现实世界条件下为不同的实验重新配置。”
Aksyuk指出，基于芯片的光学系统正在进行中。例如，激光的功率还不足以将原子冷却到微型先进原子钟所需的超低温。（尽管激光通常会激发原子，使其升温并移动更快，但如果仔细选择光的频率和其他特性，情况就会相反。激光光子撞击原子时，会诱导原子放弃能量并冷却下来，从而被磁场捕获。）
Aksyuk说，即使没有冷却能力，微型光学系统“也是在芯片上建造先进原子钟的关键一步”。
