With New Optical Device, Engineers Can Fine Tune The Color Of Light

Αναδημοσίευση από τον Πλάτωνα

Ακολουθούν: 0

Αρχική > Τύπος > Με τη νέα οπτική συσκευή, οι μηχανικοί μπορούν να ρυθμίσουν το χρώμα του φωτός

Shanhui Fan (Πιστωτική εικόνα: Rod Searcey)

Περίληψη:
Μεταξύ των πρώτων μαθημάτων που μαθαίνει κάθε μαθητής σχολικής τάξης είναι ότι το λευκό φως δεν είναι καθόλου λευκό, αλλά μάλλον ένα σύνθετο από πολλά φωτόνια, εκείνα τα μικρά σταγονίδια ενέργειας που απαρτίζουν, από κάθε χρώμα του ουράνιου τόξου - κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο , πράσινο, μπλε, λουλακί, βιολετί.

Με τη νέα οπτική συσκευή, οι μηχανικοί μπορούν να ρυθμίσουν το χρώμα του φωτός

Στάνφορντ, Καλιφόρνια | Δημοσιεύτηκε στις 23 Απριλίου 2021

Τώρα, οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ έχουν αναπτύξει μια οπτική συσκευή που επιτρέπει στους μηχανικούς να αλλάζουν και να βελτιώνουν τις συχνότητες κάθε μεμονωμένου φωτονίου σε μια ροή φωτός σε σχεδόν οποιοδήποτε μείγμα χρωμάτων που θέλουν. Το αποτέλεσμα, που δημοσιεύθηκε στις 23 Απριλίου στο Nature Communication, είναι μια νέα φωτονική αρχιτεκτονική που θα μπορούσε να μεταμορφώσει πεδία που κυμαίνονται από τις ψηφιακές επικοινωνίες και την τεχνητή νοημοσύνη έως την αιχμή της κβαντικής πληροφορικής.

«Αυτό το πανίσχυρο νέο εργαλείο βάζει έναν βαθμό ελέγχου στα χέρια του μηχανικού που δεν ήταν προηγουμένως εφικτός», δήλωσε ο Shanhui Fan, καθηγητής ηλεκτρολόγων μηχανικών στο Στάνφορντ και ανώτερος συγγραφέας της εφημερίδας.

Το αποτέλεσμα του τριφυλλιού

Η κατασκευή αποτελείται από ένα καλώδιο χαμηλής απώλειας για το φως που μεταφέρει μια ροή φωτονίων που περνούν από τόσα πολλά αυτοκίνητα σε έναν πολυσύχναστο δρόμο. Στη συνέχεια, τα φωτόνια εισέρχονται σε μια σειρά δαχτυλιδιών, όπως οι ράμπες σε ένα τριφύλλι αυτοκινητόδρομου. Κάθε δακτύλιος έχει έναν διαμορφωτή που μετατρέπει τη συχνότητα των διερχόμενων φωτονίων - συχνότητες που τα μάτια μας βλέπουν ως χρώμα. Μπορούν να υπάρχουν όσοι δακτύλιοι είναι απαραίτητοι, και οι μηχανικοί μπορούν να ελέγχουν λεπτομερώς τους διαμορφωτές για να καλέσουν στον επιθυμητό μετασχηματισμό συχνότητας.

Μεταξύ των εφαρμογών που οραματίζονται οι ερευνητές περιλαμβάνουν οπτικά νευρικά δίκτυα για τεχνητή νοημοσύνη που εκτελούν νευρικούς υπολογισμούς χρησιμοποιώντας φως αντί για ηλεκτρόνια. Οι υπάρχουσες μέθοδοι που επιτυγχάνουν οπτικά νευρωνικά δίκτυα δεν αλλάζουν στην πραγματικότητα τις συχνότητες των φωτονίων, αλλά απλώς ανακατευθύνουν τα φωτόνια μιας μόνο συχνότητας. Η εκτέλεση τέτοιων νευρικών υπολογισμών μέσω χειρισμού συχνότητας θα μπορούσε να οδηγήσει σε πολύ πιο συμπαγείς συσκευές, λένε οι ερευνητές.

«Η συσκευή μας είναι μια σημαντική απόκλιση από τις υπάρχουσες μεθόδους με ένα μικρό αποτύπωμα και ωστόσο προσφέρει τεράστια νέα ευελιξία μηχανικής», δήλωσε ο Avik Dutt, μεταδιδακτορικός μελετητής στο εργαστήριο του Fan και δεύτερος συγγραφέας της εφημερίδας.

Βλέποντας το φως

Το χρώμα ενός φωτονίου καθορίζεται από τη συχνότητα με την οποία αντηχεί το φωτόνιο, η οποία, με τη σειρά της, είναι ένας παράγοντας του μήκους κύματος του. Ένα κόκκινο φωτόνιο έχει σχετικά αργή συχνότητα και μήκος κύματος περίπου 650 νανόμετρα. Στο άλλο άκρο του φάσματος, το μπλε φως έχει πολύ ταχύτερη συχνότητα με μήκος κύματος περίπου 450 νανόμετρα.

Ένας απλός μετασχηματισμός μπορεί να περιλαμβάνει τη μετατόπιση ενός φωτονίου από συχνότητα 500 νανόμετρων σε, ας πούμε, 510 νανόμετρα - ή, όπως το καταγράφει το ανθρώπινο μάτι, μια αλλαγή από κυανό σε πράσινο. Η δύναμη της αρχιτεκτονικής της ομάδας του Στάνφορντ είναι ότι μπορεί να εκτελέσει αυτούς τους απλούς μετασχηματισμούς, αλλά και πολύ πιο εξελιγμένους με καλό έλεγχο.

Για να εξηγήσει περαιτέρω, ο Fan προσφέρει ένα παράδειγμα εισερχόμενης ροής φωτός που αποτελείται από 20 τοις εκατό φωτόνια στην περιοχή των 500 νανομέτρων και 80 τοις εκατό στα 510 νανόμετρα. Χρησιμοποιώντας αυτήν τη νέα συσκευή, ένας μηχανικός θα μπορούσε να τελειοποιήσει αυτήν την αναλογία σε 73 τοις εκατό στα 500 νανόμετρα και 27 τοις εκατό στα 510 νανόμετρα, εάν το επιθυμείτε, όλα διατηρώντας παράλληλα τον συνολικό αριθμό φωτονίων. Ή η αναλογία θα μπορούσε να 37 και 63 τοις εκατό, για το θέμα αυτό. Αυτή η ικανότητα καθορισμού της αναλογίας είναι αυτή που κάνει τη συσκευή νέα και πολλά υποσχόμενη. Επιπλέον, στον κβαντικό κόσμο, ένα μόνο φωτόνιο μπορεί να έχει πολλά χρώματα. Σε αυτήν την περίπτωση, η νέα συσκευή επιτρέπει στην πραγματικότητα την αλλαγή της αναλογίας διαφορετικών χρωμάτων για ένα μόνο φωτόνιο.

«Λέμε ότι αυτή η συσκευή επιτρέπει« αυθαίρετο »μετασχηματισμό, αλλά αυτό δεν σημαίνει« τυχαίο »», δήλωσε ο Siddharth Buddhiraju, ο οποίος ήταν μεταπτυχιακός φοιτητής στο εργαστήριο του Fan κατά τη διάρκεια της έρευνας και είναι ο πρώτος συγγραφέας της εφημερίδας και τώρα εργάζεται στο Facebook Reality Εργαστήρια «Αντ 'αυτού, εννοούμε ότι μπορούμε να επιτύχουμε οποιονδήποτε γραμμικό μετασχηματισμό που απαιτεί ο μηχανικός. Εδώ υπάρχει μεγάλη ποσότητα ελέγχου μηχανικού. "

«Είναι πολύ ευέλικτο. Ο μηχανικός μπορεί να ελέγχει με ακρίβεια τις συχνότητες και τις αναλογίες και είναι δυνατή μια μεγάλη ποικιλία μετασχηματισμών », πρόσθεσε ο Fan. «Βάζει νέα δύναμη στα χέρια του μηχανικού. Το πώς θα το χρησιμοποιήσουν εξαρτάται από αυτούς. "

###

Πρόσθετοι συγγραφείς περιλαμβάνουν μεταδιδακτορικούς μελετητές Momchil Minkov, τώρα στο Flexcompute και Ian AD Williamson, τώρα στο Google X.

Αυτή η έρευνα υποστηρίχθηκε από το Γραφείο Επιστημονικής Έρευνας της Πολεμικής Αεροπορίας των ΗΠΑ.

####

Για περισσότερες πληροφορίες, πατήστε εδώ

Επαφές:
Τομ Αμπάτε
650-736-2245

@stanford

Πνευματικά δικαιώματα © Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ

Εάν έχετε ένα σχόλιο, παρακαλώ Επικοινωνία και εμείς με χαρά θα σας εξυπηρετήσουμε.

Οι εκδότες δελτίων ειδήσεων, όχι η 7th Wave, Inc. ή η Nanotechnology Now, είναι αποκλειστικά υπεύθυνες για την ακρίβεια του περιεχομένου.

Bookmark: