借助新型光学设备，工程师可以微调光的颜色

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范善辉（图片来源：Rod Searcey）

摘要：
在任何一年级的理科学生中，第一堂课就是白光根本不是白光，而是由许多光子组成的，这些光子是由彩虹的每种颜色（红色，橙色，黄色）组成的光的小液滴，绿色，蓝色，靛蓝，紫罗兰色。

借助新的光学设备，工程师可以微调光的颜色

加利福尼亚斯坦福| 发表于23年2021月XNUMX日

现在，斯坦福大学的研究人员开发了一种光学设备，使工程师可以将光流中每个单个光子的频率更改和微调为所需的几乎任何颜色的混合。结果于23月XNUMX日在《自然通信》上发表，它是一种新的光子架构，可以改变从数字通信，人工智能到尖端量子计算等领域。

斯坦福大学电气工程学教授，论文的高级作者范善辉说：“这种功能强大的新工具使工程师可以进行以前无法控制的程度的控制。”

三叶草叶效应

该结构由一根低损耗导线组成，该导线用于载有光子流的光，这些光子像繁忙的高速公路上的许多汽车一样经过。然后，光子进入一系列环，如高速公路三叶草的斜面。每个环都有一个调制器，用于调制通过的光子的频率-我们的眼睛将其视为颜色的频率。可以有尽可能多的振铃，工程师可以精细地控制调制器以拨入所需的频率转换。

研究人员设想的应用包括用于人工智能的光学神经网络，该网络使用光而不是电子来执行神经计算。现有的实现光学神经网络的方法实际上并不改变光子的频率，而只是改变单个频率的光子的路径。研究人员说，通过频率操纵执行这种神经计算可以使设备更紧凑。

Fan实验室的博士后学者，论文的第二作者Avik Dutt说：“我们的设备与现有方法相比具有显着的优势，占地面积小，却提供了巨大的新工程灵活性。”

眼看着光

光子的颜色由光子共振的频率决定，而该频率又是其波长的一个因素。红色光子的频率相对较低，波长约为650纳米。在光谱的另一端，蓝光的频率要快得多，波长约为450纳米。

一个简单的转换可能涉及将光子从500纳米的频率移动到510纳米，或者，如人眼所知，从青色变为绿色。斯坦福团队架构的强大之处在于，它可以执行这些简单的转换，但也可以执行更精细的控制。

为了进一步说明，范提供了一个入射光流的示例，其中包含20％的500纳米光子和80％的510纳米光子。如果需要的话，工程师可以使用这种新设备将该比例微调至73纳米时的500％和27纳米时的510％，同时保持光子总数。或就此而言，该比率可能分别为37％和63％。这种设置比例的能力使该设备变得新颖而有前途。此外，在量子世界中，单个光子可以具有多种颜色。在这种情况下，新设备实际上允许更改单个光子的不同颜色的比率。

“我们认为该设备可以进行'任意'转换，但这并不意味着'随机'，” Siddharth Buddhiraju说，他是范研究期间的研究生，是该论文的第一作者，现在在Facebook Reality工作。实验室。 “相反，我们的意思是我们可以实现工程师所需的任何线性变换。这里有大量的工程控制。”

“它非常通用。工程师可以非常精确地控制频率和比例，并且可以进行各种各样的转换。” “这为工程师带来了新的力量。他们将如何使用它取决于他们。”

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其他作者包括Flexcompute的博士后学者Momchil Minkov和Google X的Ian AD Williamson。

这项研究得到了美国空军科学研究所的支持。

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汤姆·阿巴特（Tom Abate）
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