• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    Med ny optisk enhet, ingenjörer kan finjustera ljusets färg

    Upphovsrätt:Pixabay/CC0 Public Domain

    Bland de första lektionerna som någon gymnasieelever lär sig är att vitt ljus inte alls är vitt, utan snarare en sammansättning av många fotoner, de små energidropparna som utgör ljus, från varje regnbågens färg - röd, orange, gul, grön, blå, indigo, violett.

    Nu, forskare vid Stanford University har utvecklat en optisk enhet som gör det möjligt för ingenjörer att ändra och finjustera frekvenserna för varje enskild foton i en ljusström till praktiskt taget vilken blandning av färger de vill. Resultatet, publicerad 23 april i Naturkommunikation , är en ny fotonisk arkitektur som kan omvandla fält som sträcker sig från digital kommunikation och artificiell intelligens till banbrytande kvantberäkning.

    "Det här kraftfulla nya verktyget lägger en viss grad av kontroll i ingenjörens händer som tidigare inte var möjligt, "sa Shanhui Fan, professor i elektroteknik vid Stanford och seniorförfattare till tidningen.

    Klöverbladseffekten

    Strukturen består av en tråd med låg förlust för ljus som bär en ström av fotoner som passerar som så många bilar på en upptagen genomfart. Fotonerna går sedan in i en serie ringar, som off-ramperna i ett motorvägsklöverblad. Varje ring har en modulator som omvandlar frekvensen hos de förbipasserande fotonerna - frekvenser som våra ögon ser som färg. Det kan finnas så många ringar som behövs, och ingenjörer kan fint styra modulatorerna för att ringa in önskad frekvensomvandling.

    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, men helt enkelt omdirigera 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, "sa Avik Dutt, en postdoktor i Fan's lab och andra författare till tidningen.

    Ser ljuset

    Färgen på en foton bestäms av den frekvens vid vilken foton resonerar, som, i tur och ordning, 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, blått ljus har en mycket snabbare frekvens med en våglängd på cirka 450 nanometer.

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

    För att förklara ytterligare, Fan erbjuder ett exempel på en inkommande ljusström bestående av 20 procent fotoner i 500-nanometerområdet och 80 procent vid 510 nanometer. Med denna nya enhet, en ingenjör kunde finjustera det 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 så kan förhållandet 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, en enda foton kan ha flera färger. Under den omständigheten, den nya enheten tillåter faktiskt att ändra förhållandet mellan olika färger för en enda foton.

    "Vi säger att den här enheten möjliggör" godtycklig "transformation men det betyder inte" slumpmässigt, "sa Siddharth Buddhiraju, som var doktorand i Fan's lab under forskningen och är författare till tidningen och som nu arbetar på Facebook Reality Labs. "Istället, vi menar att vi kan uppnå alla linjära transformationer som ingenjören kräver. Det finns en stor mängd teknisk kontroll här. "

    "Det är väldigt mångsidigt. Ingenjören kan styra frekvenser och proportioner mycket exakt och en mängd olika transformationer är möjliga, "Fan till." Det lägger ny kraft i ingenjörens händer. Hur de kommer att använda det är upp till dem. "


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com