Med ny optisk enhet kan ingeniører finjustere fargen på lys

Publisert av Platon

Følgere: 0

Hjemprodukt > Press > Med ny optisk enhet kan ingeniører finjustere lysfargen

Shanhui Fan (Bildekreditt: Rod Searcey)

Abstrakt:
Blant de første leksjonene som lærer på grunnskolen er at hvitt lys ikke er hvitt i det hele tatt, men snarere en sammensetning av mange fotoner, de små energidråpene som utgjør lys, fra alle regnbuens farger - rød, oransje, gul , grønn, blå, indigo, fiolett.

Med ny optisk enhet kan ingeniører finjustere lysfargen

Stanford, CA | Skrevet 23. april 2021

Nå har forskere ved Stanford University utviklet en optisk enhet som lar ingeniører endre og finjustere frekvensene til hver enkelt foton i en lysstrøm til praktisk talt enhver blanding av farger de ønsker. Resultatet, publisert 23. april i Nature Communication, er en ny fotonisk arkitektur som kan transformere felt fra digital kommunikasjon og kunstig intelligens til banebrytende kvanteberegning.

"Dette kraftige nye verktøyet gir ingeniørens hender en viss kontroll som ikke tidligere var mulig," sa Shanhui Fan, professor i elektroteknikk ved Stanford og seniorforfatter av avisen.

Kløverbladeffekten

Strukturen består av en ledning med lite tap for lys som bærer en strøm av fotoner som går forbi som så mange biler på en travel gjennomfartsvei. Fotonene går deretter inn i en serie ringer, som avramper i et kløverblad. Hver ring har en modulator som forvandler frekvensen til de passerende fotonene - frekvenser som øynene våre ser på som farger. Det kan være så mange ringer som nødvendig, og ingeniører kan finstyre modulatorene for å ringe inn ønsket frekvensomforming.

Blant programmene forskerne ser for seg inkluderer optiske nevrale nettverk for kunstig intelligens som utfører nevrale beregninger ved hjelp av lys i stedet for elektroner. Eksisterende metoder som oppnår optiske nevrale nettverk endrer faktisk ikke frekvensene til fotonene, men omdirigerer bare fotoner med en enkelt frekvens. Å utføre slike nevrale beregninger gjennom frekvensmanipulering kan føre til mye mer kompakte enheter, sier forskerne.

"Enheten vår er en betydelig avvik fra eksisterende metoder med et lite fotavtrykk, og som likevel gir enorm ny teknisk fleksibilitet," sa Avik Dutt, en postdoktor i Fan's lab og andre forfatter av avisen.

Ser lyset

Fargen på en foton bestemmes av frekvensen som foton resonerer med, som igjen er en faktor av bølgelengden. En rød foton har en relativt langsom frekvens og en bølgelengde på omtrent 650 nanometer. I den andre enden av spekteret har blått lys en mye raskere frekvens med en bølgelengde på omtrent 450 nanometer.

En enkel transformasjon kan innebære å skifte et foton fra en frekvens på 500 nanometer til for eksempel 510 nanometer - eller, som menneskets øye ville registrere det, en endring fra cyan til grønn. Kraften til Stanford-teamets arkitektur er at den kan utføre disse enkle transformasjonene, men også mye mer sofistikerte med fin kontroll.

For ytterligere å forklare, tilbyr Fan et eksempel på en innkommende lysstrøm som består av 20 prosent fotoner i området 500 nanometer og 80 prosent ved 510 nanometer. Ved å bruke denne nye enheten kunne en ingeniør finjustere forholdet til 73 prosent ved 500 nanometer og 27 prosent ved 510 nanometer, hvis ønskelig, alt sammen mens det totale antallet fotoner bevares. Eller forholdet kan være 37 og 63 prosent, for den saks skyld. Denne evnen til å stille forholdet er det som gjør denne enheten ny og lovende. Videre, i kvanteverdenen, kan en enkelt foton ha flere farger. Under den omstendigheten tillater den nye enheten faktisk endring av forholdet mellom forskjellige farger for en enkelt foton.

"Vi sier at denne enheten tillater" vilkårlig "transformasjon, men det betyr ikke" tilfeldig ", sa Siddharth Buddhiraju, som var utdannet student i Fan's lab under undersøkelsen og er første forfatter av avisen og som nå jobber på Facebook Reality. Labs. “I stedet mener vi at vi kan oppnå en hvilken som helst lineær transformasjon som ingeniøren krever. Det er mye ingeniørkontroll her. ”

“Det er veldig allsidig. Ingeniøren kan kontrollere frekvensene og proporsjonene veldig nøyaktig, og et bredt spekter av transformasjoner er mulig, ”la Fan til. “Det gir ny kraft i ingeniørens hender. Hvordan de vil bruke det er opp til dem. ”

# # #

Ytterligere forfattere inkluderer postdoktor Momchil Minkov, nå hos Flexcompute, og Ian AD Williamson, nå på Google X.

Denne forskningen ble støttet av US Air Force Office of Scientific Research.

####

For mer informasjon, klikk her.

Kontakter:
Tom Abate
650-736-2245

@stanford

Hvis du har en kommentar, vær så snill Kontakt oss.

Utstedere av nyhetsutgivelser, ikke 7th Wave, Inc. eller Nanotechnology Now, er alene ansvarlig for nøyaktigheten av innholdet.

Bokmerke: