Med ny optisk enhet kan ingenjörer finjustera ljusets färg

Återutgiven av Platon

anhängare: 0

Hem > Presse > Med den nya optiska enheten kan ingenjörer finjustera ljusets färg

Shanhui Fan (Bildkredit: Rod Searcey)

Sammanfattning:
Bland de första lektionerna som en naturvetenskapsstudent i grundskolan lär sig är att vitt ljus inte alls är vitt, utan snarare en sammansättning av många fotoner, de små energidroppar som utgör ljus, från alla regnbågens färger – rött, orange, gult , grön, blå, indigo, violett.

Med ny optisk enhet kan ingenjörer finjustera ljusets färg

Stanford, CA | Postat den 23 april 2021

Nu har forskare vid Stanford University utvecklat en optisk enhet som gör att ingenjörer kan ändra och finjustera frekvenserna för varje enskild foton i en ljusström till praktiskt taget vilken blandning av färger de vill ha. Resultatet, som publicerades den 23 april i Nature Communication, är en ny fotonisk arkitektur som kan förvandla områden som sträcker sig från digital kommunikation och artificiell intelligens till banbrytande kvantberäkningar.

"Det här kraftfulla nya verktyget ger ingenjören en viss kontroll som tidigare inte varit möjlig", säger Shanhui Fan, professor i elektroteknik vid Stanford och senior författare till tidningen.

Klöverbladseffekten

Strukturen består av en lågförlusttråd för ljus som bär en ström av fotoner som passerar som så många bilar på en trafikerad väg. Fotonerna går sedan in i en serie ringar, som avfarterna i ett motorvägsklöverblad. Varje ring har en modulator som omvandlar frekvensen för de passerande fotonerna – frekvenser som våra ögon ser som färg. Det kan vara så många ringar som behövs, och ingenjörer kan finstyra modulatorerna för att slå in den önskade frekvensomvandlingen.

Bland de applikationer som forskarna tänker sig inkluderar optiska neurala nätverk för artificiell intelligens som utför neurala beräkningar med hjälp av ljus istället för elektroner. Befintliga metoder som åstadkommer optiska neurala nätverk ändrar faktiskt inte fotonernas frekvenser, utan omdirigerar helt enkelt fotoner med en enda frekvens. Att utföra sådana neurala beräkningar genom frekvensmanipulation kan leda till mycket mer kompakta enheter, säger forskarna.

"Vår enhet är en betydande avvikelse från befintliga metoder med ett litet fotavtryck och erbjuder ändå en enorm ny teknisk flexibilitet", säger Avik Dutt, en postdoktor i Fans labb och andra författare till uppsatsen.

Se ljuset

Färgen på en foton bestäms av den frekvens med vilken fotonen resonerar, vilket i sin tur är en faktor för dess våglängd. En röd foton har en relativt långsam frekvens och en våglängd på cirka 650 nanometer. I andra änden av spektrumet har blått ljus en mycket snabbare frekvens med en våglängd på cirka 450 nanometer.

En enkel transformation kan innebära att en foton flyttas från en frekvens på 500 nanometer till, säg, 510 nanometer – eller, som det mänskliga ögat skulle registrera det, en förändring från cyan till grönt. Kraften i Stanford-teamets arkitektur är att den kan utföra dessa enkla transformationer, men också mycket mer sofistikerade med fin kontroll.

För att ytterligare förklara erbjuder Fan ett exempel på en inkommande ljusström som består av 20 procent fotoner inom 500 nanometerområdet och 80 procent vid 510 nanometer. Med den här nya enheten kunde en ingenjör finjustera förhållandet till 73 procent vid 500 nanometer och 27 procent vid 510 nanometer, om så önskas, allt samtidigt som det totala antalet fotoner bevaras. Eller förhållandet kan vara 37 och 63 procent, för den delen. Denna förmåga att ställa in förhållandet är det som gör den här enheten ny och lovande. Dessutom, i kvantvärlden kan en enda foton ha flera färger. Under den omständigheten tillåter den nya enheten faktiskt att ändra förhållandet mellan olika färger för en enskild foton.

"Vi säger att den här enheten tillåter "godtycklig" transformation, men det betyder inte "slumpmässigt", säger Siddharth Buddhiraju, som var doktorand i Fans labb under forskningen och är första författare till artikeln och som nu arbetar på Facebook Reality Labs. ”Istället menar vi att vi kan uppnå vilken linjär transformation som helst som ingenjören kräver. Det finns en stor mängd teknisk kontroll här.”

"Det är väldigt mångsidigt. Ingenjören kan kontrollera frekvenserna och proportionerna mycket exakt och en mängd olika transformationer är möjliga, säger Fan. ”Det ger ingenjören ny kraft. Hur de ska använda det är upp till dem."

# # #

Ytterligare författare inkluderar postdoktorerna Momchil Minkov, nu på Flexcompute, och Ian AD Williamson, nu på Google X.

Denna forskning stöddes av US Air Force Office of Scientific Research.

####

För mer information, klicka på här.

Kontaktpersoner:
Tom Abate
650-736-2245

@stanford

Upphovsrätt © Stanford University

Om du har en kommentar, snälla Kontakta Oss oss.

Emittenter av nyhetsmeddelanden, inte 7th Wave, Inc. eller Nanotechnology Now, är ensamma ansvariga för innehållets noggrannhet.

Bokmärke: