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:
Among the first lessons any grade school science student learns is that white light is not white at all, but rather a composite of many photons, those little droplets of energy that make up light, from every color of the rainbow – red, orange, yellow, green, blue, 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.

“This powerful new tool puts a degree of control in the engineer’s hands not previously possible,” said Shanhui Fan, a professor of electrical engineering at Stanford and senior author of the paper.

Kløverbladseffekten

The structure consists of a low-loss wire for light carrying a stream of photons that pass by like so many cars on a busy throughway. The photons then enter a series of rings, like the off-ramps in a highway cloverleaf. Each ring has a modulator that transforms the frequency of the passing photons – frequencies which our eyes see as color. There can be as many rings as necessary, and engineers can finely control the modulators to dial in the desired frequency transformation.

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.

“Our device is a significant departure from existing methods with a small footprint and yet offering tremendous new engineering flexibility,” said Avik Dutt, a post-doctoral scholar in Fan’s lab and second author of the paper.

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.

A simple transformation might involve shifting a photon from a frequency of 500 nanometers to, say, 510 nanometers – or, as the human eye would register it, a change from cyan to green. The power of the Stanford team’s architecture is that it can perform these simple transformations, but also much more sophisticated ones with fine control.

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.

“We say this device allows for ‘arbitrary’ transformation but that does not mean ‘random,'” said Siddharth Buddhiraju, who was a graduate student in Fan’s lab during the research and is first author of the paper and who now works at Facebook Reality Labs. “Instead, we mean that we can achieve any linear transformation that the engineer requires. There is a great amount of engineering control here.”

“It’s very versatile. The engineer can control the frequencies and proportions very accurately and a wide variety of transformations are possible,” Fan added. “It puts new power in the engineer’s hands. How they will use it is up to them.”

###

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: