Az új optikai eszközzel a mérnökök finomhangolhatják a fény színét

Újra kiadta Platón

Követő: 0

Kezdőlap > nyomja meg > Az új optikai eszközzel a mérnökök finomhangolhatják a fény színét

Shanhui Fan (Kép jóváírása: Rod Searcey)

Absztrakt:
Az első leckék között, amit minden általános iskolai természettudományos diák megtanul, hogy a fehér fény egyáltalán nem fehér, hanem sok fotonból, azokból a kis energiacseppekből áll össze, amelyek a szivárvány minden színéből – piros, narancs, sárga – alkotják a fényt. , zöld, kék, indigó, ibolya.

Az új optikai eszközzel a mérnökök finomhangolhatják a fény színét

Stanford, CA | Feladás dátuma: 23. április 2021

A Stanford Egyetem kutatói most olyan optikai eszközt fejlesztettek ki, amely lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy a fényáramban lévő egyes fotonok frekvenciáit gyakorlatilag bármilyen színkeverékre finomhangolják. Az eredmény, amely április 23-án jelent meg a Nature Communicationben, egy új fotonikus architektúra, amely a digitális kommunikációtól és a mesterséges intelligenciától a legmodernebb kvantumszámításig terjedő területeket képes átalakítani.

"Ez a nagy teljesítményű új eszköz olyan fokú irányítást ad a mérnök kezébe, amely korábban nem volt lehetséges" - mondta Shanhui Fan, a Stanford elektromérnök professzora és a tanulmány vezető szerzője.

A lóherelevél hatás

A szerkezet egy kis veszteségű vezetékből áll, amely fotonáramot szállít, amely úgy halad el mellette, mint megannyi autó egy forgalmas úton. A fotonok ezután egy sor gyűrűbe lépnek be, mint az autópálya lóhere lehajtó rámpáiba. Minden gyűrűnek van egy modulátora, amely átalakítja az áthaladó fotonok frekvenciáját – olyan frekvenciákat, amelyeket szemünk színként lát. Annyi csengetés lehet, amennyi szükséges, és a mérnökök finoman szabályozhatják a modulátorokat a kívánt frekvencia transzformáció tárcsázásához.

A kutatók által elképzelt alkalmazások között szerepelnek a mesterséges intelligencia számára optikai neurális hálózatok, amelyek neurális számításokat végeznek elektronok helyett fény felhasználásával. Az optikai neurális hálózatokat megvalósító meglévő módszerek valójában nem változtatják meg a fotonok frekvenciáját, hanem egyszerűen átirányítják az egyetlen frekvenciájú fotonokat. A kutatók szerint az ilyen neurális számítások frekvenciamanipulációval történő végrehajtása sokkal kompaktabb eszközöket eredményezhet.

„Eszközünk jelentősen eltér a meglévő módszerektől, kis helyigénnyel, ugyanakkor óriási új mérnöki rugalmasságot kínál” – mondta Avik Dutt, a Fan laboratóriumának posztdoktori tudósa és a tanulmány második szerzője.

Látva a fényt

A foton színét az a frekvencia határozza meg, amelyen a foton rezonál, ami viszont a hullámhosszának tényezője. A vörös fotonok frekvenciája viszonylag lassú, hullámhossza pedig körülbelül 650 nanométer. A spektrum másik végén a kék fény sokkal gyorsabb frekvenciával rendelkezik, hullámhossza körülbelül 450 nanométer.

Egy egyszerű átalakítás magában foglalhatja a foton 500 nanométeres frekvenciájáról mondjuk 510 nanométeresre történő eltolását – vagy ahogy az emberi szem regisztrálná, a ciánról zöldre való váltást. A Stanford csapat architektúrájának ereje abban rejlik, hogy képes végrehajtani ezeket az egyszerű átalakításokat, de finom vezérléssel sokkal kifinomultabbakat is.

További magyarázatként a Fan egy példát mutat be egy bejövő fényáramra, amely 20 százalékban fotonokból áll az 500 nanométeres tartományban és 80 százalékban az 510 nanométeres tartományban. Ezzel az új eszközzel a mérnök ezt az arányt 73 nanométernél 500 százalékra, 27 nanométernél 510 százalékra finoman beállíthatja, ha úgy kívánja, miközben megőrzi a fotonok teljes számát. Vagy az arány 37 és 63 százalék lehet. Ez az arány beállításának képessége teszi újszerűvé és ígéretessé ezt a készüléket. Sőt, a kvantumvilágban egyetlen fotonnak több színe is lehet. Ilyen körülmények között az új készülék lehetővé teszi a különböző színek arányának megváltoztatását egyetlen foton esetében.

„Azt mondjuk, hogy ez az eszköz lehetővé teszi az „önkényes” átalakítást, de ez nem azt jelenti, hogy „véletlen” – mondta Siddharth Buddhiraju, aki a kutatás során végzős hallgató volt Fan laborjában, a tanulmány első szerzője, jelenleg pedig a Facebook Realitynél dolgozik. Labs. „Ehelyett azt értjük, hogy bármilyen lineáris transzformációt elérhetünk, amire a mérnöknek szüksége van. Itt nagy a mérnöki ellenőrzés.”

„Nagyon sokoldalú. A mérnök nagyon pontosan tudja szabályozni a frekvenciákat és az arányokat, és sokféle átalakítás lehetséges” – tette hozzá Fan. „Új erőt ad a mérnök kezébe. Rajtuk múlik, hogyan használják fel.”

###

További szerzők közé tartozik Momchil Minkov posztdoktori tudós, aki jelenleg a Flexcompute-nál, és Ian AD Williamson, aki jelenleg a Google X-nél dolgozik.

Ezt a kutatást az Egyesült Államok Légierejének Tudományos Kutatási Hivatala támogatta.

####

További információért kattintson a gombra itt

Elérhetőségek:
Tom Abate
650-736-2245

@stanford

Ha van észrevétele, kérem Kapcsolat minket.

A tartalom pontosságáért kizárólag a sajtóközlemények kiadói felelősek, nem pedig a 7th Wave, Inc. vagy a Nanotechnology Now.

Könyvjelző: