Dzięki nowemu urządzeniu optycznemu inżynierowie mogą precyzyjnie dostroić kolor światła

Opublikowane ponownie przez Plato

Obserwuje: 0

Strona główna > Naciśnij przycisk > Dzięki nowemu urządzeniu optycznemu inżynierowie mogą precyzyjnie dostroić kolor światła

Shanhui Fan (zdjęcie: Rod Searcey)

Abstrakcyjny:
Jedną z pierwszych lekcji, których uczy się każdy uczeń podstawówki, jest to, że białe światło wcale nie jest białe, ale jest raczej złożeniem wielu fotonów, tych małych kropelek energii, które tworzą światło, z każdego koloru tęczy - czerwonego, pomarańczowego, żółtego. , zielony, niebieski, indygo, fioletowy.

Dzięki nowemu urządzeniu optycznemu inżynierowie mogą precyzyjnie dostroić kolor światła

Stanford, CA | Opublikowano 23 kwietnia 2021 r

Obecnie naukowcy z Uniwersytetu Stanforda opracowali urządzenie optyczne, które umożliwia inżynierom zmianę i dostrojenie częstotliwości każdego pojedynczego fotonu w strumieniu światła do praktycznie dowolnej mieszanki kolorów. Rezultatem, opublikowanym 23 kwietnia w Nature Communication, jest nowa architektura fotoniczna, która może przekształcić różne dziedziny, od komunikacji cyfrowej i sztucznej inteligencji po najnowocześniejsze obliczenia kwantowe.

„To potężne nowe narzędzie daje inżynierowi pewien stopień kontroli, który wcześniej nie był możliwy” - powiedział Shanhui Fan, profesor elektrotechniki na Uniwersytecie Stanforda i główny autor artykułu.

Efekt liścia koniczyny

Konstrukcja składa się z niskostratnego przewodu dla światła przenoszącego strumień fotonów, który mija jak wiele samochodów na ruchliwej drodze. Następnie fotony wchodzą w szereg pierścieni, jak rampy zjazdowe w koniczynce autostrady. Każdy pierścień posiada modulator, który przekształca częstotliwość przechodzących fotonów - częstotliwości, które nasze oczy postrzegają jako kolor. Pierścieni może być tyle, ile potrzeba, a inżynierowie mogą precyzyjnie sterować modulatorami, aby ustawić żądaną transformację częstotliwości.

Wśród zastosowań przewidywanych przez naukowców są optyczne sieci neuronowe dla sztucznej inteligencji, które wykonują obliczenia neuronowe przy użyciu światła zamiast elektronów. Istniejące metody wykorzystujące optyczne sieci neuronowe w rzeczywistości nie zmieniają częstotliwości fotonów, ale po prostu przekierowują fotony o pojedynczej częstotliwości. Wykonywanie takich obliczeń neuronowych poprzez manipulację częstotliwością może doprowadzić do powstania znacznie bardziej kompaktowych urządzeń - twierdzą naukowcy.

„Nasze urządzenie to znaczące odejście od istniejących metod, zajmujące niewiele miejsca, a jednocześnie oferujące ogromną elastyczność techniczną” - powiedział Avik Dutt, stypendysta z laboratorium Fana i drugi autor artykułu.

Widząc światło

Kolor fotonu jest określany przez częstotliwość, przy której foton rezonuje, co z kolei jest czynnikiem jego długości fali. Czerwony foton ma stosunkowo małą częstotliwość i długość fali około 650 nanometrów. Na drugim końcu spektrum światło niebieskie ma znacznie większą częstotliwość i długość fali około 450 nanometrów.

Prosta transformacja może obejmować przesunięcie fotonu z częstotliwości 500 nanometrów do, powiedzmy, 510 nanometrów - lub, jak zarejestrowałoby to ludzkie oko, zmianę z cyjanu na zielony. Siła architektury zespołu ze Stanford polega na tym, że może on przeprowadzać te proste transformacje, ale także znacznie bardziej wyrafinowane z dokładną kontrolą.

Aby dokładniej wyjaśnić, Fan podaje przykład przychodzącego strumienia światła składającego się z 20 procent fotonów w zakresie 500 nanometrów i 80 procent przy 510 nanometrach. Korzystając z tego nowego urządzenia, inżynier mógł w razie potrzeby dostosować ten współczynnik do 73 procent przy 500 nanometrach i 27 procent przy 510 nanometrach, zachowując przy tym całkowitą liczbę fotonów. Albo stosunek ten może wynosić 37 do 63 procent, jeśli o to chodzi. Ta możliwość ustawienia współczynnika sprawia, że to urządzenie jest nowe i obiecujące. Co więcej, w świecie kwantowym pojedynczy foton może mieć wiele kolorów. W tej sytuacji nowe urządzenie faktycznie umożliwia zmianę proporcji różnych kolorów dla pojedynczego fotonu.

„Mówimy, że to urządzenie umożliwia„ dowolną ”transformację, ale to nie oznacza„ przypadkowości ”- powiedział Siddharth Buddhiraju, który był absolwentem laboratorium Fana podczas badań i jest pierwszym autorem artykułu, a teraz pracuje w Facebook Reality Labs. „Zamiast tego mamy na myśli to, że możemy osiągnąć dowolną transformację liniową wymaganą przez inżyniera. Istnieje tutaj duża kontrola inżynieryjna ”.

„Jest bardzo wszechstronny. Inżynier może bardzo dokładnie kontrolować częstotliwości i proporcje, co umożliwia szeroki zakres transformacji ”- dodał Fan. „To daje nową moc w rękach inżyniera. To, jak go wykorzystają, zależy od nich ”.

# # #

Dodatkowymi autorami są stypendyści z tytułem doktora Momchil Minkov, obecnie w firmie Flexcompute, i Ian AD Williamson, obecnie w Google X.

Badania te były wspierane przez Biuro Badań Naukowych Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych.

####

Aby uzyskać więcej informacji, kliknij tutaj

Łączność:
Tomek Abat
650-736-2245

@stanford

Prawa autorskie © Stanford University

Jeśli masz komentarz, proszę Kontakt my.

Wydawcy komunikatów prasowych, a nie 7th Wave, Inc. lub Nanotechnology Now, ponoszą wyłączną odpowiedzialność za dokładność treści.

Zakładka: