Cu un nou dispozitiv optic, inginerii pot regla fin culoarea luminii

Republicat de Platon

Urmaritori: 0

Acasă > Anunturi > Cu noul dispozitiv optic, inginerii pot regla fin culoarea luminii

Fan Shanhui (Credit imagine: Rod Searcey)

Rezumat:
Printre primele lecții pe care le învață orice elev de științe din școală este că lumina albă nu este deloc albă, ci mai degrabă un compus din mulți fotoni, acele mici picături de energie care alcătuiesc lumina, din fiecare culoare a curcubeului – roșu, portocaliu, galben , verde, albastru, indigo, violet.

Cu un nou dispozitiv optic, inginerii pot regla fin culoarea luminii

Stanford, CA | Postat pe 23 aprilie 2021

Acum, cercetătorii de la Universitatea Stanford au dezvoltat un dispozitiv optic care le permite inginerilor să schimbe și să ajusteze frecvențele fiecărui foton individual într-un flux de lumină la aproape orice amestec de culori doresc. Rezultatul, publicat pe 23 aprilie în Nature Communication, este o nouă arhitectură fotonică care ar putea transforma domenii, de la comunicațiile digitale și inteligența artificială până la calculul cuantic de ultimă oră.

„Acest nou instrument puternic pune în mâinile inginerului un grad de control care nu era posibil anterior”, a spus Shanhui Fan, profesor de inginerie electrică la Stanford și autor principal al lucrării.

Efectul de frunze de trifoi

Structura constă dintr-un fir cu pierderi reduse pentru lumină, care poartă un flux de fotoni care trec ca atâtea mașini pe un drum aglomerat. Fotonii intră apoi într-o serie de inele, ca rampele de ieșire dintr-o frunză de trifoi de pe autostradă. Fiecare inel are un modulator care transformă frecvența fotonilor care trec – frecvențe pe care ochii noștri le văd ca culoare. Pot exista atâtea inele cât este necesar, iar inginerii pot controla fin modulatoarele pentru a efectua transformarea frecvenței dorite.

Printre aplicațiile pe care cercetătorii le preconizează includ rețelele neuronale optice pentru inteligența artificială care efectuează calcule neuronale folosind lumină în loc de electroni. Metodele existente care realizează rețele neuronale optice nu schimbă de fapt frecvențele fotonilor, ci pur și simplu redirecționează fotonii cu o singură frecvență. Efectuarea unor astfel de calcule neuronale prin manipularea frecvenței ar putea duce la dispozitive mult mai compacte, spun cercetătorii.

„Dispozitivul nostru este o abatere semnificativă de la metodele existente, cu o amprentă mică și totuși oferind o flexibilitate extraordinară de inginerie nouă”, a spus Avik Dutt, un savant post-doctorat în laboratorul lui Fan și al doilea autor al lucrării.

Văzând lumina

Culoarea unui foton este determinată de frecvența la care rezonează fotonul, care, la rândul său, este un factor al lungimii de undă. Un foton roșu are o frecvență relativ lentă și o lungime de undă de aproximativ 650 de nanometri. La celălalt capăt al spectrului, lumina albastră are o frecvență mult mai rapidă, cu o lungime de undă de aproximativ 450 de nanometri.

O transformare simplă ar putea implica mutarea unui foton de la o frecvență de 500 de nanometri la, să zicem, 510 de nanometri – sau, așa cum o înregistrează ochiul uman, o schimbare de la cyan la verde. Puterea arhitecturii echipei Stanford este că poate efectua aceste transformări simple, dar și altele mult mai sofisticate cu un control fin.

Pentru a explica în continuare, Fan oferă un exemplu de flux de lumină care intră compus din 20% fotoni în intervalul de 500 de nanometri și 80% la 510 nanometri. Folosind acest nou dispozitiv, un inginer ar putea ajusta acest raport la 73% la 500 de nanometri și 27% la 510 nanometri, dacă se dorește, totul păstrând în același timp numărul total de fotoni. Sau raportul ar putea 37 și 63 la sută, de altfel. Această capacitate de a seta raportul este ceea ce face ca acest dispozitiv să fie nou și promițător. Mai mult, în lumea cuantică, un singur foton poate avea mai multe culori. În această circumstanță, noul dispozitiv permite de fapt schimbarea raportului de culori diferite pentru un singur foton.

„Spunem că acest dispozitiv permite transformarea „arbitrară”, dar asta nu înseamnă „aleatorie”, a spus Siddharth Buddhiraju, care a fost student absolvent în laboratorul lui Fan în timpul cercetării și este primul autor al lucrării și care acum lucrează la Facebook Reality. laboratoare. „În schimb, ne referim la faptul că putem realiza orice transformare liniară pe care o cere inginerul. Există o cantitate mare de control ingineresc aici.”

„Este foarte versatil. Inginerul poate controla frecvențele și proporțiile foarte precis și sunt posibile o mare varietate de transformări”, a adăugat Fan. „Pune o nouă putere în mâinile inginerului. Cum îl vor folosi depinde de ei.”

# # #

Alți autori includ cercetătorii postdoctorali Momchil Minkov, acum la Flexcompute, și Ian AD Williamson, acum la Google X.

Această cercetare a fost susținută de Oficiul de Cercetare Științifică a Forțelor Aeriene din SUA.

####

Pentru mai multe informații, faceți clic pe aici

Contacte:
Tom Abate
650-736-2245

@stanford

Drepturi de autor © Universitatea Stanford

Dacă aveți un comentariu, vă rog Contact ne.

Emitenții de comunicate de știri, nu 7th Wave, Inc. sau Nanotechnology Now, sunt singuri responsabili pentru acuratețea conținutului.

Bookmark: