Z novo optično napravo lahko inženirji natančno nastavijo barvo svetlobe

Ponovno objavil Platon

Spremljevalci: 0

Domov > Pritisnite > Z novo optično napravo lahko inženirji natančno nastavijo barvo svetlobe

Shanhui Fan (Avtorstvo slike: Rod Searcey)

Povzetek:
Med prvimi lekcijami, ki se jih naučijo vsi dijaki naravoslovja, je, da bela svetloba sploh ni bela, ampak je sestavljena iz številnih fotonov, tistih majhnih kapljic energije, ki sestavljajo svetlobo, iz vseh barv mavrice – rdeče, oranžne, rumene. , zelena, modra, indigo, vijolična.

Z novo optično napravo lahko inženirji natančno prilagodijo barvo svetlobe

Stanford, CA | Objavljeno 23. aprila 2021

Zdaj so raziskovalci na univerzi Stanford razvili optično napravo, ki omogoča inženirjem, da spreminjajo in natančno prilagajajo frekvence vsakega posameznega fotona v toku svetlobe tako rekoč na katero koli mešanico barv, ki jo želijo. Rezultat, objavljen 23. aprila v Nature Communication, je nova fotonska arhitektura, ki bi lahko preoblikovala polja od digitalnih komunikacij in umetne inteligence do najsodobnejših kvantnih računalnikov.

"To zmogljivo novo orodje daje v roke inženirju določeno stopnjo nadzora, ki prej ni bila mogoča," je povedal Shanhui Fan, profesor elektrotehnike na Stanfordu in višji avtor prispevka.

Učinek lista detelje

Struktura je sestavljena iz žice z majhnimi izgubami za svetlobo, ki prenaša tok fotonov, ki gredo mimo kot toliko avtomobilov na prometni poti. Nato fotoni vstopijo v vrsto obročev, kot so rampe v avtocestni deteljici. Vsak obroč ima modulator, ki pretvori frekvenco prehajajočih fotonov - frekvence, ki jih naše oči vidijo kot barvo. Lahko je toliko obročev, kolikor je potrebno, inženirji pa lahko natančno nadzorujejo modulatorje, da pokličejo želeno frekvenčno transformacijo.

Med aplikacijami, ki jih predvidevajo raziskovalci, so optične nevronske mreže za umetno inteligenco, ki izvajajo nevronske izračune z uporabo svetlobe namesto elektronov. Obstoječe metode, ki dosegajo optične nevronske mreže, dejansko ne spremenijo frekvenc fotonov, ampak preprosto preusmerijo fotone ene frekvence. Izvajanje takšnih nevronskih izračunov s frekvenčno manipulacijo bi lahko vodilo do veliko bolj kompaktnih naprav, pravijo raziskovalci.

"Naša naprava je pomemben odmik od obstoječih metod z majhnim odtisom in kljub temu ponuja izjemno novo inženirsko prilagodljivost," je povedal Avik Dutt, podoktorski znanstvenik v Fanovem laboratoriju in drugi avtor prispevka.

Videti svetlobo

Barva fotona je določena s frekvenco, pri kateri foton resonira, kar pa je dejavnik njegove valovne dolžine. Rdeči foton ima razmeroma počasno frekvenco in valovno dolžino približno 650 nanometrov. Na drugem koncu spektra ima modra svetloba veliko hitrejšo frekvenco z valovno dolžino približno 450 nanometrov.

Preprosta transformacija bi lahko vključevala premik fotona s frekvence 500 nanometrov na recimo 510 nanometrov – ali, kot bi to zaznalo človeško oko, spremembo iz cian v zeleno. Moč arhitekture Stanfordove ekipe je v tem, da lahko izvaja te preproste transformacije, pa tudi veliko bolj sofisticirane s finim nadzorom.

Za nadaljnjo razlago Fan ponuja primer vhodnega svetlobnega toka, sestavljenega iz 20 odstotkov fotonov v 500-nanometrskem območju in 80 odstotkov pri 510 nanometrih. Z uporabo te nove naprave bi lahko inženir natančno prilagodil to razmerje na 73 odstotkov pri 500 nanometrih in 27 odstotkov pri 510 nanometrih, če bi želel, pri tem pa ohranil skupno število fotonov. Ali pa bi razmerje lahko znašalo 37 in 63 odstotkov. Ta možnost nastavitve razmerja je tisto, zaradi česar je ta naprava nova in obetavna. Poleg tega ima lahko en foton v kvantnem svetu več barv. V tem primeru nova naprava dejansko omogoča spreminjanje razmerja različnih barv za en foton.

"Pravimo, da ta naprava omogoča" samovoljno "preoblikovanje, vendar to ne pomeni" naključno, "je povedal Siddharth Buddhiraju, ki je bil med raziskavo podiplomski študent v Fan-ovem laboratoriju in je prvi avtor prispevka, zdaj pa dela pri Facebook Reality Laboratoriji. »Namesto tega mislimo, da lahko dosežemo kakršno koli linearno transformacijo, ki jo zahteva inženir. Tu je ogromno inženirskega nadzora. "

»Je zelo vsestranski. Inženir lahko zelo natančno nadzoruje frekvence in razmerja in možne so najrazličnejše transformacije,« je dodal Fan. »Inženirju daje novo moč v roke. Kako ga bodo uporabili, je odvisno od njih.”

# # #

Dodatna avtorja sta podoktorska znanstvenika Momchil Minkov, zdaj pri Flexcompute, in Ian AD Williamson, zdaj pri Google X.

To raziskavo je podprl Urad za znanstvene raziskave ameriških letalskih sil.

####

Za več informacij kliknite tukaj

Kontakt:
Tom Abate
650-736-2245

@stanford

Avtorske pravice © Univerza Stanford

Če imate komentar, prosim Kontakt nas.

Izdajalci novic, ne 7th Wave, Inc. ali Nanotechnology Now, so izključno odgovorni za točnost vsebine.

Zaznamek: