Med ny optisk enhed kan ingeniører finjustere lysets farve

Genudgivet af Platon

Abonnenter: 0

Home > Presse > Med ny optisk enhed kan ingeniører finjustere lysets farve

Shanhui Fan (Billedkredit: Rod Searcey)

Abstract:
Blandt de første lektioner, som enhver naturvidenskabsstuderende lærer, er, at hvidt lys slet ikke er hvidt, men snarere en sammensætning af mange fotoner, de små energidråber, der udgør lys, fra alle regnbuens farver – rød, orange, gul , grøn, blå, indigo, violet.

Med ny optisk enhed kan ingeniører finjustere lysets farve

Stanford, CA | Udgivet den 23. april 2021

Nu har forskere ved Stanford University udviklet en optisk enhed, der gør det muligt for ingeniører at ændre og finjustere frekvenserne for hver enkelt foton i en lysstrøm til praktisk talt enhver blanding af farver, de ønsker. Resultatet, der blev offentliggjort 23. april i Nature Communication, er en ny fotonisk arkitektur, der kan transformere felter lige fra digital kommunikation og kunstig intelligens til banebrydende kvantecomputere.

"Dette kraftfulde nye værktøj lægger en grad af kontrol i ingeniørens hænder, som ikke tidligere var muligt," sagde Shanhui Fan, professor i elektroteknik ved Stanford og seniorforfatter af papiret.

Kløverbladseffekten

Strukturen består af en ledning med lavt tab til lys, der bærer en strøm af fotoner, der passerer forbi som så mange biler på en travl vej. Fotonerne kommer derefter ind i en række ringe, som frakørslerne i et motorvejskløverblad. Hver ring har en modulator, der transformerer frekvensen af de passerende fotoner – frekvenser, som vores øjne ser som farve. Der kan være så mange ringe som nødvendigt, og ingeniører kan fint styre modulatorerne for at indstille den ønskede frekvenstransformation.

Blandt de applikationer, som forskerne forestiller sig, er optiske neurale netværk til kunstig intelligens, der udfører neurale beregninger ved hjælp af lys i stedet for elektroner. Eksisterende metoder, der udfører optiske neurale netværk, ændrer faktisk ikke fotonernes frekvenser, men omdirigerer simpelthen fotoner af en enkelt frekvens. Udførelse af sådanne neurale beregninger gennem frekvensmanipulation kan føre til meget mere kompakte enheder, siger forskerne.

"Vores enhed er en væsentlig afvigelse fra eksisterende metoder med et lille fodaftryk og tilbyder alligevel en enorm ny ingeniørfleksibilitet," sagde Avik Dutt, en post-doktor i Fans laboratorium og anden forfatter til papiret.

Ser lyset

Farven på en foton bestemmes af den frekvens, hvormed fotonen resonerer, hvilket igen er en faktor for dens bølgelængde. En rød foton har en relativt langsom frekvens og en bølgelængde på omkring 650 nanometer. I den anden ende af spektret har blåt lys en meget hurtigere frekvens med en bølgelængde på omkring 450 nanometer.

En simpel transformation kan involvere at skifte en foton fra en frekvens på 500 nanometer til for eksempel 510 nanometer - eller, som det menneskelige øje ville registrere det, en ændring fra cyan til grøn. Styrken ved Stanford-teamets arkitektur er, at den kan udføre disse enkle transformationer, men også meget mere sofistikerede med fin kontrol.

For yderligere at forklare tilbyder Fan et eksempel på en indkommende lysstrøm bestående af 20 procent fotoner i 500 nanometer-området og 80 procent ved 510 nanometer. Ved at bruge denne nye enhed kunne en ingeniør finjustere dette forhold til 73 procent ved 500 nanometer og 27 procent ved 510 nanometer, hvis det ønskes, alt imens det samlede antal fotoner bevares. Eller forholdet kunne 37 og 63 procent, for den sags skyld. Denne evne til at indstille forholdet er det, der gør denne enhed ny og lovende. Desuden kan en enkelt foton i kvanteverdenen have flere farver. I den situation tillader den nye enhed faktisk ændring af forholdet mellem forskellige farver for en enkelt foton.

"Vi siger, at denne enhed giver mulighed for 'vilkårlig' transformation, men det betyder ikke 'tilfældig'," sagde Siddharth Buddhiraju, som var kandidatstuderende i Fan's laboratorium under forskningen og er førsteforfatter til papiret, og som nu arbejder hos Facebook Reality Labs. ”I stedet mener vi, at vi kan opnå enhver lineær transformation, som ingeniøren kræver. Der er en stor mængde ingeniørkontrol her."

"Det er meget alsidigt. Ingeniøren kan styre frekvenserne og proportionerne meget præcist, og en lang række transformationer er mulige,” tilføjede Fan. ”Det giver ny magt i ingeniørens hænder. Hvordan de vil bruge det, er op til dem."

###

Yderligere forfattere omfatter postdoc-forskere Momchil Minkov, nu hos Flexcompute, og Ian AD Williamson, nu hos Google X.

Denne forskning blev støttet af US Air Force Office of Scientific Research.

####

For mere information, klik link.

Kontaktpersoner:
Tom Abate
650-736-2245

@stanford

Hvis du har en kommentar, tak Kontakt os.

Udstedere af nyhedsudgivelser, ikke 7th Wave, Inc. eller Nanotechnology Now, er alene ansvarlige for indholdets nøjagtighed.

Bogmærke: