З новим оптичним пристроєм інженери можуть точно налаштувати колір світла

Перевидано Платоном

читають: 0

Головна > прес > За допомогою нового оптичного пристрою інженери можуть точно налаштувати колір світла

Шанувальник Шаньхуй (Зображення: Род Сірсі)

Анотація:
Серед перших уроків, які дізнається будь-який учень, який навчається в школі, є те, що біле світло - це зовсім не біле, а, навпаки, сукупність багатьох фотонів, тих маленьких крапельок енергії, з яких складається світло, від кожного кольору веселки - червоного, оранжевого, жовтого , зелений, синій, індиго, фіалка.

За допомогою нового оптичного пристрою інженери можуть точно налаштувати колір світла

Стенфорд, Каліфорнія | Опубліковано 23 квітня 2021 року

Зараз дослідники Стенфордського університету розробили оптичний пристрій, який дозволяє інженерам змінювати та тонко налаштовувати частоти кожного окремого фотона в потоці світла практично до будь-якої суміші кольорів, яку вони хочуть. Результат, опублікований 23 квітня в Nature Communication, - це нова фотонна архітектура, яка може трансформувати поля, починаючи від цифрових комунікацій та штучного інтелекту, і закінчуючи передовими квантовими обчисленнями.

"Цей потужний новий інструмент дає певний рівень контролю в руках інженера, який раніше не був можливим", - сказав Шаньхуей Фан, професор електротехніки в Стенфорді та старший автор статті.

Ефект конюшинового листа

Структура складається з дроту з низькими втратами для світла, що несе потік фотонів, які проїжджають повз, як стільки машин по жвавій дорозі. Потім фотони потрапляють у серію кілець, як виїзд з пандусу на конюшині шосе. Кожне кільце має модулятор, який перетворює частоту проходження фотонів - частоти, які наші очі бачать кольором. Кільців може бути стільки, скільки потрібно, і інженери можуть точно керувати модуляторами, щоб набрати потрібне перетворення частоти.

Серед додатків, які передбачають дослідники, є оптичні нейронні мережі для штучного інтелекту, які виконують нейронні обчислення, використовуючи світло замість електронів. Існуючі методи, що забезпечують оптичні нейронні мережі, насправді не змінюють частоти фотонів, а просто перенаправляють фотони однієї частоти. Виконання таких нейронних обчислень за допомогою частотних маніпуляцій може призвести до набагато більш компактних пристроїв, стверджують дослідники.

"Наш пристрій є суттєвим відходом від існуючих методів з невеликим розміром, але в той же час пропонує надзвичайно нову інженерну гнучкість", - сказав Авік Датт, докторант у лабораторії Фан і другий автор статті.

Побачивши світло

Колір фотона визначається частотою резонансу фотона, що, в свою чергу, є фактором його довжини хвилі. Червоний фотон має відносно повільну частоту і довжину хвилі близько 650 нанометрів. На іншому кінці спектра синє світло має набагато швидшу частоту з довжиною хвилі близько 450 нанометрів.

Просте перетворення може передбачати зміщення фотона з частоти 500 нанометрів на, скажімо, 510 нанометрів - або, як це реєструє людське око, перехід від блакитного до зеленого. Сила архітектури команди Стенфорда полягає в тому, що вона може виконувати ці прості перетворення, але також і набагато складніші з точним управлінням.

Для подальшого пояснення Fan пропонує приклад вхідного світлового потоку, що складається з 20 відсотків фотонів в діапазоні 500 нм і 80 відсотків при 510 нанометрів. Використовуючи цей новий пристрій, інженер міг би точно відрегулювати це співвідношення до 73 відсотків на 500 нанометрів та 27 відсотків на 510 нанометрів, якщо це забажається, зберігаючи загальну кількість фотонів. Або співвідношення може становити 37 та 63 відсотки. Ця можливість встановлювати коефіцієнт - це те, що робить цей пристрій новим та перспективним. Більше того, у квантовому світі один фотон може мати кілька кольорів. За таких обставин новий пристрій насправді дозволяє змінювати співвідношення різних кольорів для одного фотона.

"Ми вважаємо, що цей пристрій дозволяє" довільне "перетворення, але це не означає" випадкове "", - сказав Сіддхарт Буддхірадзу, який був аспірантом в лабораторії Фана під час дослідження і є першим автором статті, а зараз працює у Facebook Reality Лабораторії. «Натомість ми маємо на увазі, що ми можемо досягти будь-якої лінійної трансформації, якої вимагає інженер. Тут існує велика кількість інженерного контролю ".

“Це дуже універсально. Інженер може дуже точно контролювати частоти та пропорції, і можливі різноманітні перетворення », - додав Фан. «Це дає нову силу в руках інженера. Як вони будуть використовувати це, залежить від них самих ».

# # #

Серед додаткових авторів - докторанти Момчил Міньков, який зараз працює у Flexcompute, та Ян AD Вільямсон, який зараз працює в Google X.

Це дослідження було підтримане Управлінням наукових досліджень ВПС США.

####

Для отримання додаткової інформації натисніть тут

Контакти:
Том Абате
650-736-2245

@stanford

Авторське право © Стенфордський університет

Якщо у вас є коментар, будь ласка Контакти нам.

Видавці випусків новин, а не 7th Wave, Inc. або Nanotechnology Now, несуть повну відповідальність за точність змісту.

Закладка: