美国国家标准与技术研究院 (NIST) 的研究人员开发了芯片级设备，可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属性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之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。

　　通常情况下，需要一个与餐桌一样大的实验室工作台来容纳各种透镜、偏振器、反射镜和其他操作甚至单束激光所需的设备。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、变化很大的激光颜色。

　　为了解决这个问题，NIST 科学家 Vladimir Aksyuk 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型组件来引导光；以及称为光学超表面的非常规光学源。这种表面由印有数百万个微小结构的玻璃晶圆组成，高度只有几千亿分之一米，无需笨重的光学器件即可操纵光的特性。

　　Aksyuk 和他的合作者证明，单个光子芯片可以完成 36 个光学元件的工作，同时控制 12 束分为四种不同颜色的激光束的方向、焦点和偏振（光波在传播时振动的平面）。

　　该团队还表明，这种微型芯片可以引导两束不同颜色的光束并排传播，这是某些类型的高级原子钟的要求。

　　NIST 团队成员阿米特·阿格拉瓦尔 (Amit Agrawal) 表示：“用可以在无尘室中制造的简单半导体晶圆代替装满笨重光学元件的光学平台是真正的颠覆性举措。” “这些技术是必需的，因为它们坚固、紧凑，并且可以很容易地重新配置以适应现实条件下的不同实验，”他补充说

　　Aksyuk 指出，基于芯片的光学系统正在开发中。例如，激光还不足以将原子冷却到微型高级原子钟所需的超低温。（虽然激光通常会激发原子，使它们升温并移动得更快，但如果仔细选择光的频率和其他特性，则会发生相反的情况。在撞击原子时，激光光子诱导原子放弃能量并冷却下来，以便它们可以被磁场捕获。）

　　即使没有冷却能力，微型光学系统“也是在芯片上构建先进原子钟的关键垫脚石，”Aksyuk 说。