With New Optical Device, Engineers Can Fine Tune The Color Of Light

Được xuất bản lại bởi Plato

Người theo dõi: 0

Trang Chủ > Ấn Bản > Với thiết bị quang học mới, các kỹ sư có thể tinh chỉnh màu sắc của ánh sáng

Shanhui Fan (Ảnh tín dụng: Rod Searcey)

Tóm tắt:
Trong số những bài học đầu tiên mà bất kỳ học sinh khoa học cấp lớp nào cũng phải học là ánh sáng trắng hoàn toàn không phải là màu trắng mà là sự tổng hợp của nhiều photon, những giọt năng lượng nhỏ tạo nên ánh sáng, từ mọi màu sắc của cầu vồng – đỏ, cam, vàng , lục, lam, chàm, tím.

Với thiết bị quang học mới, các kỹ sư có thể tinh chỉnh màu sắc của ánh sáng

Stanford, CA | Đăng vào ngày 23 tháng 2021 năm XNUMX

Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Stanford đã phát triển một thiết bị quang học cho phép các kỹ sư thay đổi và tinh chỉnh tần số của từng photon riêng lẻ trong một luồng ánh sáng thành hầu như bất kỳ hỗn hợp màu nào họ muốn. Kết quả, được công bố vào ngày 23 tháng XNUMX trên tạp chí Nature Communication, là một kiến trúc quang tử mới có thể biến đổi các lĩnh vực từ truyền thông kỹ thuật số và trí tuệ nhân tạo sang điện toán lượng tử tiên tiến.

Shanhui Fan, giáo sư kỹ thuật điện tại Stanford và là tác giả cấp cao của bài báo cho biết: “Công cụ mới mạnh mẽ này mang lại cho kỹ sư một mức độ kiểm soát mà trước đây không thể có được”.

Hiệu ứng lá cỏ ba lá

Cấu trúc bao gồm một dây dẫn có tổn thất thấp dành cho ánh sáng mang theo một luồng photon chạy ngang qua giống như rất nhiều ô tô trên một con đường đông đúc. Sau đó, các photon đi vào một loạt các vòng, giống như các đường dốc tắt trong một chiếc cỏ ba lá trên đường cao tốc. Mỗi vòng có một bộ điều biến biến đổi tần số của các photon đi qua – tần số mà mắt chúng ta nhìn thấy dưới dạng màu sắc. Có thể có nhiều vòng khi cần thiết và các kỹ sư có thể điều khiển tinh vi các bộ điều chế để quay số theo chuyển đổi tần số mong muốn.

Trong số các ứng dụng mà các nhà nghiên cứu hình dung bao gồm mạng lưới thần kinh quang học dành cho trí tuệ nhân tạo thực hiện các phép tính thần kinh sử dụng ánh sáng thay vì điện tử. Các phương pháp hiện có thực hiện các mạng thần kinh quang học không thực sự thay đổi tần số của các photon mà chỉ đơn giản là định tuyến lại các photon có một tần số. Các nhà nghiên cứu cho biết việc thực hiện các tính toán thần kinh như vậy thông qua thao tác tần số có thể dẫn đến các thiết bị nhỏ gọn hơn nhiều.

Avik Dutt, một học giả sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Fan và là tác giả thứ hai của bài báo, cho biết: “Thiết bị của chúng tôi là một sự khởi đầu đáng kể so với các phương pháp hiện có với diện tích nhỏ nhưng vẫn mang lại tính linh hoạt kỹ thuật mới rất lớn”.

Nhìn thấy ánh sáng

Màu sắc của một photon được xác định bởi tần số mà photon đó cộng hưởng, do đó, tần số này lại là một hệ số của bước sóng của nó. Một photon màu đỏ có tần số tương đối chậm và bước sóng khoảng 650 nanomet. Ở đầu kia của quang phổ, ánh sáng xanh có tần số nhanh hơn nhiều với bước sóng khoảng 450 nanomet.

Một phép biến đổi đơn giản có thể liên quan đến việc dịch chuyển một photon từ tần số 500 nanomet sang, chẳng hạn như 510 nanomet – hoặc, như mắt người sẽ ghi nhận nó, một sự thay đổi từ lục lam sang xanh lục. Sức mạnh của kiến trúc của nhóm Stanford là nó có thể thực hiện những phép biến đổi đơn giản này, nhưng cũng có thể thực hiện những phép biến đổi tinh vi hơn nhiều với khả năng kiểm soát tốt.

Để giải thích thêm, Fan đưa ra một ví dụ về luồng ánh sáng tới bao gồm 20 phần trăm photon trong phạm vi 500 nanomet và 80 phần trăm ở 510 nanomet. Sử dụng thiết bị mới này, một kỹ sư có thể tinh chỉnh tỷ lệ đó thành 73 phần trăm ở 500 nanomet và 27 phần trăm ở 510 nanomet, nếu muốn, trong khi vẫn bảo toàn tổng số photon. Hoặc tỷ lệ có thể là 37 và 63 phần trăm, cho vấn đề đó. Khả năng thiết lập tỷ lệ này là điều làm cho thiết bị này trở nên mới mẻ và đầy hứa hẹn. Hơn nữa, trong thế giới lượng tử, một photon đơn lẻ có thể có nhiều màu. Trong trường hợp đó, thiết bị mới thực sự cho phép thay đổi tỷ lệ các màu khác nhau cho một photon đơn lẻ.

“Chúng tôi nói rằng thiết bị này cho phép chuyển đổi 'tùy ý' nhưng điều đó không có nghĩa là 'ngẫu nhiên'," Siddharth Buddhiraju, một sinh viên tốt nghiệp trong phòng thí nghiệm của Fan trong quá trình nghiên cứu và là tác giả đầu tiên của bài báo và hiện đang làm việc tại Facebook Reality cho biết. phòng thí nghiệm. “Thay vào đó, chúng tôi muốn nói rằng chúng tôi có thể đạt được bất kỳ phép biến đổi tuyến tính nào mà kỹ sư yêu cầu. Có rất nhiều kiểm soát kỹ thuật ở đây.”

“Nó rất linh hoạt. Kỹ sư có thể kiểm soát tần số và tỷ lệ rất chính xác và có thể thực hiện được nhiều biến đổi khác nhau,” Fan nói thêm. “Nó đặt quyền lực mới vào tay người kỹ sư. Họ sẽ sử dụng nó như thế nào là tùy thuộc vào họ.”

# # #

Các tác giả khác bao gồm các học giả sau tiến sĩ Momchil Minkov, hiện làm việc tại Flexcompute và Ian AD Williamson, hiện làm việc tại Google X.

Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi Văn phòng Nghiên cứu Khoa học của Không quân Hoa Kỳ.

####

Để biết thêm thông tin, xin vui lòng bấm vào tại đây

Liên hệ:
tom abate
650-736-2245

@stanford

Nếu bạn có một bình luận, xin vui lòng Liên hệ chúng tôi.

Các tổ chức phát hành tin tức, không phải 7th Wave, Inc. hay Nanotech Now, chỉ chịu trách nhiệm về tính chính xác của nội dung.

Bookmark: