Met een nieuw optisch apparaat kunnen ingenieurs de kleur van het licht nauwkeurig afstemmen

Heruitgegeven door Plato

volgers: 0

Home > Media > Met een nieuw optisch apparaat kunnen ingenieurs de kleur van het licht nauwkeurig afstemmen

Shanhui Fan Krediet: Rod Searcey

Abstract:
Een van de eerste lessen die elke wetenschapsstudent op de basisschool leert, is dat wit licht helemaal niet wit is, maar eerder een samenstelling is van vele fotonen, de kleine energiedruppeltjes waaruit licht bestaat, van elke kleur van de regenboog: rood, oranje, geel. , groen, blauw, indigo, violet.

Met een nieuw optisch apparaat kunnen ingenieurs de kleur van het licht verfijnen

Stanford, Californië | Geplaatst op 23 april 2021

Nu hebben onderzoekers van Stanford University een optisch apparaat ontwikkeld waarmee ingenieurs de frequenties van elk individueel foton in een lichtstroom kunnen veranderen en afstemmen op vrijwel elke gewenste kleurmenging. Het resultaat, gepubliceerd op 23 april in Nature Communication, is een nieuwe fotonische architectuur die velden variërend van digitale communicatie en kunstmatige intelligentie tot geavanceerde kwantumcomputers zou kunnen transformeren.

"Dit krachtige nieuwe hulpmiddel geeft de ingenieur een mate van controle die voorheen niet mogelijk was", zegt Shanhui Fan, hoogleraar elektrotechniek aan Stanford en senior auteur van het artikel.

Het klaverbladeffect

De structuur bestaat uit een verliesarme draad voor licht die een stroom fotonen draagt die voorbijtrekt als zoveel auto's op een drukke doorgang. De fotonen komen vervolgens in een reeks ringen terecht, zoals de afritten van een klaverblad op een snelweg. Elke ring heeft een modulator die de frequentie van de passerende fotonen transformeert – frequenties die onze ogen als kleur zien. Er kunnen zoveel ringen zijn als nodig is, en ingenieurs kunnen de modulators nauwkeurig besturen om de gewenste frequentietransformatie in te stellen.

Tot de toepassingen die de onderzoekers voor ogen hebben behoren onder meer optische neurale netwerken voor kunstmatige intelligentie die neurale berekeningen uitvoeren met behulp van licht in plaats van elektronen. Bestaande methoden die optische neurale netwerken tot stand brengen, veranderen niet daadwerkelijk de frequenties van de fotonen, maar leiden eenvoudigweg fotonen met een enkele frequentie om. Het uitvoeren van dergelijke neurale berekeningen door middel van frequentiemanipulatie zou tot veel compactere apparaten kunnen leiden, zeggen de onderzoekers.

"Ons apparaat wijkt aanzienlijk af van bestaande methoden met een kleine voetafdruk en biedt toch een enorme nieuwe technische flexibiliteit", zegt Avik Dutt, een postdoctoraal onderzoeker in Fan's laboratorium en tweede auteur van het artikel.

Het licht zien

De kleur van een foton wordt bepaald door de frequentie waarmee het foton resoneert, wat op zijn beurt een factor is van zijn golflengte. Een rood foton heeft een relatief langzame frequentie en een golflengte van ongeveer 650 nanometer. Aan de andere kant van het spectrum heeft blauw licht een veel hogere frequentie met een golflengte van ongeveer 450 nanometer.

Een eenvoudige transformatie zou kunnen bestaan uit het verschuiven van een foton van een frequentie van 500 nanometer naar bijvoorbeeld 510 nanometer – of, zoals het menselijk oog het zou registreren, een verandering van cyaan naar groen. De kracht van de architectuur van het Stanford-team is dat het deze eenvoudige transformaties kan uitvoeren, maar ook veel geavanceerdere transformaties met nauwkeurige controle.

Om het verder uit te leggen geeft Fan een voorbeeld van een inkomende lichtstroom die bestaat uit 20 procent fotonen in het bereik van 500 nanometer en 80 procent bij 510 nanometer. Met dit nieuwe apparaat kan een ingenieur die verhouding desgewenst verfijnen tot 73 procent bij 500 nanometer en 27 procent bij 510 nanometer, en dat allemaal met behoud van het totale aantal fotonen. Of de verhouding zou trouwens 37 en 63 procent kunnen zijn. Deze mogelijkheid om de verhouding in te stellen maakt dit apparaat nieuw en veelbelovend. Bovendien kan een enkel foton in de kwantumwereld meerdere kleuren hebben. In die omstandigheden maakt het nieuwe apparaat het feitelijk mogelijk om de verhouding van verschillende kleuren voor een enkel foton te veranderen.

“We zeggen dat dit apparaat ‘willekeurige’ transformatie mogelijk maakt, maar dat betekent niet ‘willekeurig’”, zegt Siddharth Buddhiraju, die tijdens het onderzoek een afgestudeerde student was in het laboratorium van Fan en de eerste auteur van het artikel is en nu bij Facebook Reality werkt. Laboratoria. “In plaats daarvan bedoelen we dat we elke lineaire transformatie kunnen realiseren die de ingenieur nodig heeft. Er is hier een grote mate van technische controle.”

“Het is heel veelzijdig. De ingenieur kan de frequenties en verhoudingen zeer nauwkeurig regelen en er is een grote verscheidenheid aan transformaties mogelijk”, aldus Fan. “Het geeft de ingenieur nieuwe macht. Hoe ze het zullen gebruiken, is hun zaak.”

###

Andere auteurs zijn onder meer postdoctorale wetenschappers Momchil Minkov, nu bij Flexcompute, en Ian AD Williamson, nu bij Google X.

Dit onderzoek werd ondersteund door het Office of Scientific Research van de Amerikaanse luchtmacht.

####

Voor meer informatie, klik hier

Kontakte:
Tom Abate
650-736-2245

@stanford

Auteursrecht © Stanford University

Als u een opmerking heeft, alstublieft Neem contact op met ons op.

Uitgevers van nieuwsberichten, niet 7th Wave, Inc. of Nanotechnology Now, zijn zelf verantwoordelijk voor de juistheid van de inhoud.

Bladwijzer: