باستخدام الجهاز البصري الجديد ، يمكن للمهندسين ضبط لون الضوء

أعاد نشره أفلاطون

المتابعون: 0

الصفحة الرئيسية > صحافة > باستخدام جهاز بصري جديد ، يمكن للمهندسين ضبط لون الضوء

شانهوي فان (رصيد الصورة: رود سيرسي)

المستخلص:
من بين الدروس الأولى التي يتعلمها أي طالب علم في المدرسة الابتدائية أن الضوء الأبيض ليس أبيضًا على الإطلاق ، ولكنه مركب من العديد من الفوتونات ، تلك القطرات الصغيرة من الطاقة التي تشكل الضوء ، من كل لون من ألوان قوس قزح - الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي.

باستخدام الجهاز البصري الجديد ، يمكن للمهندسين ضبط لون الضوء

ستانفورد ، كاليفورنيا | نُشر في 23 أبريل 2021

الآن ، طور باحثون في جامعة ستانفورد جهازًا ضوئيًا يسمح للمهندسين بتغيير وضبط ترددات كل فوتون فردي في تيار من الضوء إلى أي مزيج من الألوان يريدونه تقريبًا. والنتيجة ، التي نُشرت في 23 أبريل في Nature Communication ، هي بنية ضوئية جديدة يمكنها تحويل مجالات تتراوح من الاتصالات الرقمية والذكاء الاصطناعي إلى الحوسبة الكمومية المتطورة.

قال شانهوي فان ، أستاذ الهندسة الكهربائية بجامعة ستانفورد وكبير مؤلفي الورقة البحثية: "هذه الأداة القوية الجديدة تضع درجة من التحكم في يد المهندس لم تكن ممكنة من قبل".

تأثير أوراق البرسيم

يتكون الهيكل من سلك منخفض الفقد للضوء يحمل تيارًا من الفوتونات التي تمر مثل العديد من السيارات في طريق مزدحم. ثم تدخل الفوتونات سلسلة من الحلقات ، مثل المنحدرات الخارجية في ورقة برسيم على الطريق السريع. تحتوي كل حلقة على مُعدِّل يحول تردد الفوتونات العابرة - الترددات التي تراها أعيننا كلون. يمكن أن يكون هناك العديد من الحلقات حسب الضرورة ، ويمكن للمهندسين التحكم بدقة في المُعدِّلات للاتصال بتحويل التردد المطلوب.

من بين التطبيقات التي تصورها الباحثون تشمل الشبكات العصبية الضوئية للذكاء الاصطناعي التي تقوم بالحسابات العصبية باستخدام الضوء بدلاً من الإلكترونات. الأساليب الحالية التي تنجز الشبكات العصبية الضوئية لا تغير فعليًا ترددات الفوتونات ، ولكنها ببساطة تعيد توجيه الفوتونات ذات التردد الواحد. يقول الباحثون إن إجراء مثل هذه الحسابات العصبية من خلال التلاعب بالتردد يمكن أن يؤدي إلى أجهزة أكثر إحكاما.

قال أفيك دت ، باحث ما بعد الدكتوراه في مختبر فان والمؤلف الثاني للورقة البحثية: "يعد جهازنا خروجًا كبيرًا عن الأساليب الحالية ذات البصمة الصغيرة ومع ذلك يوفر مرونة هندسية جديدة هائلة".

رؤية النور

يتم تحديد لون الفوتون من خلال التردد الذي يتردد فيه صدى الفوتون ، والذي بدوره يعد عاملاً من عوامل الطول الموجي للفوتون. للفوتون الأحمر تردد بطيء نسبيًا ويبلغ طوله الموجي حوالي 650 نانومتر. في الطرف الآخر من الطيف ، يكون للضوء الأزرق تردد أسرع بكثير بطول موجي يبلغ حوالي 450 نانومتر.

قد يتضمن التحول البسيط تحويل الفوتون من تردد 500 نانومتر إلى 510 نانومتر على سبيل المثال - أو ، كما تسجله العين البشرية ، تغيير من اللون السماوي إلى اللون الأخضر. تكمن قوة بنية فريق ستانفورد في قدرته على إجراء هذه التحولات البسيطة ، ولكن أيضًا تحولات أكثر تعقيدًا مع تحكم دقيق.

لمزيد من التوضيح ، يقدم Fan مثالاً لتيار ضوئي وارد يتكون من 20 بالمائة فوتونات في نطاق 500 نانومتر و 80 بالمائة عند 510 نانومتر. باستخدام هذا الجهاز الجديد ، يمكن للمهندس ضبط هذه النسبة بدقة إلى 73 بالمائة عند 500 نانومتر و 27 بالمائة عند 510 نانومتر ، إذا رغبت في ذلك ، كل ذلك مع الحفاظ على العدد الإجمالي للفوتونات. أو يمكن أن تكون النسبة 37 و 63 في المائة ، لهذه المسألة. هذه القدرة على ضبط النسبة هي ما يجعل هذا الجهاز جديدًا وواعدًا. علاوة على ذلك ، في عالم الكم ، يمكن أن يكون للفوتون الواحد ألوان متعددة. في هذا الظرف ، يسمح الجهاز الجديد بالفعل بتغيير نسبة الألوان المختلفة لفوتون واحد.

قال سيدهارث بوديراجو ، الذي كان طالب دراسات عليا في مختبر فان أثناء البحث وهو أول مؤلف للورقة ويعمل الآن في Facebook Reality: "نقول إن هذا الجهاز يسمح بالتحول" التعسفي "ولكن هذا لا يعني" العشوائي ". مختبرات. "بدلاً من ذلك ، نعني أنه يمكننا تحقيق أي تحول خطي يتطلبه المهندس. هناك قدر كبير من التحكم الهندسي هنا ".

"إنه متعدد الاستخدامات للغاية. يمكن للمهندس التحكم في الترددات والنسب بشكل دقيق للغاية ويمكن إجراء مجموعة متنوعة من التحولات "، أضاف فان. "إنها تضع قوة جديدة في يد المهندس. كيف سيستخدمون الأمر متروك لهم ".

# # #

من بين المؤلفين الإضافيين علماء ما بعد الدكتوراه Momchil Minkov ، الآن في Flexcompute ، و Ian AD Williamson ، الآن في Google X.

تم دعم هذا البحث من قبل مكتب القوات الجوية الأمريكية للبحوث العلمية.

####

لمزيد من المعلومات ، يرجى الضغط هنا

جهات الاتصال:
توم أباتي
650-736-2245

تضمين التغريدة

حقوق النشر © جامعة ستانفورد

إذا كان لديك تعليق ، من فضلك اتصل بنا لنا.

جهات إصدار النشرات الإخبارية ، وليس 7th Wave، Inc. أو Nanotechnology Now ، هي المسؤولة وحدها عن دقة المحتوى.

المرجعية: