С новым оптическим устройством инженеры могут точно настроить цвет света

Переиздано Платоном

Читают: 0

Главная > Нажмите > С новым оптическим устройством инженеры могут точно настроить цвет света

Shanhui Fan (Изображение предоставлено Родом Сирси)

Абстрактные:
Один из первых уроков, который усваивает любой ученик начальной школы, заключается в том, что белый свет вовсе не белый, а, скорее, представляет собой смесь множества фотонов, тех маленьких капель энергии, которые составляют свет всех цветов радуги – красного, оранжевого, желтого. , зеленый, синий, индиго, фиолетовый.

С новым оптическим устройством инженеры могут точно настроить цвет света.

Стэнфорд, Калифорния | Отправлено: 23 апреля 2021 г.

Теперь исследователи из Стэнфордского университета разработали оптическое устройство, которое позволяет инженерам изменять и точно настраивать частоты каждого отдельного фотона в потоке света практически на любую смесь цветов, которую они хотят. Результат, опубликованный 23 апреля в Nature Communication, представляет собой новую фотонную архитектуру, которая может трансформировать различные области, от цифровых коммуникаций и искусственного интеллекта до передовых квантовых вычислений.

«Этот новый мощный инструмент дает в руки инженера такой уровень контроля, который ранее был невозможен», — сказал Шаньхуэй Фань, профессор электротехники в Стэнфорде и старший автор статьи.

Эффект листа клевера

Структура состоит из провода с низкими потерями для света, несущего поток фотонов, которые проезжают мимо, как множество автомобилей на оживленной дороге. Затем фотоны входят в серию колец, как съезды на клеверном листе шоссе. В каждом кольце есть модулятор, который преобразует частоту проходящих фотонов — частоты, которые наши глаза воспринимают как цвет. Колец может быть столько, сколько необходимо, и инженеры могут точно управлять модуляторами, чтобы обеспечить желаемое преобразование частоты.

Среди приложений, которые предполагают исследователи, включают оптические нейронные сети для искусственного интеллекта, которые выполняют нейронные вычисления с использованием света вместо электронов. Существующие методы создания оптических нейронных сетей на самом деле не изменяют частоты фотонов, а просто перенаправляют фотоны одной частоты. По словам исследователей, выполнение таких нейронных вычислений с помощью частотной манипуляции может привести к созданию гораздо более компактных устройств.

«Наше устройство представляет собой значительный отход от существующих методов, занимая небольшую площадь и в то же время предлагая потрясающую новую инженерную гибкость», — сказал Авик Датт, научный сотрудник лаборатории Фана и второй автор статьи.

Увидев свет

Цвет фотона определяется частотой, на которой фотон резонирует, которая, в свою очередь, является фактором его длины волны. Красный фотон имеет относительно низкую частоту и длину волны около 650 нанометров. На другом конце спектра синий свет имеет гораздо более быструю частоту с длиной волны около 450 нанометров.

Простая трансформация может включать в себя сдвиг фотона с частоты 500 нанометров, скажем, до 510 нанометров – или, как это зарегистрирует человеческий глаз, изменение с голубого на зеленый. Сила архитектуры Стэнфордской команды в том, что она может выполнять как простые преобразования, так и гораздо более сложные с точным контролем.

Для дальнейшего объяснения Фэн предлагает пример входящего светового потока, состоящего из 20 процентов фотонов в диапазоне 500 нанометров и 80 процентов в диапазоне 510 нанометров. Используя это новое устройство, инженер мог точно настроить это соотношение до 73 процентов при 500 нанометрах и 27 процентов при 510 нанометрах, если это необходимо, при сохранении общего количества фотонов. Или соотношение могло быть 37% и 63%, если на то пошло. Эта способность устанавливать соотношение - вот что делает это устройство новым и многообещающим. Более того, в квантовом мире один фотон может иметь несколько цветов. В этом случае новое устройство фактически позволяет изменять соотношение разных цветов для одного фотона.

«Мы говорим, что это устройство допускает «произвольную» трансформацию, но это не означает «случайную» трансформацию», — сказал Сиддхартх Буддхираджу, который во время исследования был аспирантом лаборатории Фана и является первым автором статьи, а сейчас работает в Facebook Reality. Лаборатории. «Вместо этого мы имеем в виду, что можем добиться любого линейного преобразования, которое требуется инженеру. Здесь очень большой инженерный контроль».

«Он очень универсален. Инженер может очень точно контролировать частоты и пропорции, и возможны самые разнообразные преобразования», — добавил Фань. «Это дает новую власть в руки инженера. Как они будут использовать это, зависит от них».

###

Среди дополнительных авторов - постдокторанты Момчил Минков, сейчас работающий в Flexcompute, и Ян А.Д. Уильямсон, теперь в Google X.

Это исследование было поддержано Управлением научных исследований ВВС США.

####

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, нажмите здесь

Контактная информация:
Том Абате
650-736-2245

@Стэнфорд

Авторские права © Стэнфордский университет

Если у вас есть комментарий, пожалуйста Контакты нас.

Издатели новостных выпусков, а не 7th Wave, Inc. или Nanotechnology Now, несут единоличную ответственность за точность содержания.

Закладка: