光学相控芯片有望彻底改变自主导航
  虽然光束转向系统在成像,显示和光学陷波等应用中已经使用了很多年,但它们需要笨重的机械镜,并且对振动过于敏感。

  日前,哥伦比亚大学工程与应用科学学院的研究人员已经开发了一种片上光学相控阵,以替代机械光束转向。

  紧凑的光学相控阵(OPA)通过改变光束的相位分布来改变光束的角度,是许多新兴应用中有希望的新技术。这些措施包括紧凑型固体激光雷达的自主车,更小,更轻的增强和虚拟现实显示,大型量子计算机的地址离子量子位,和光遗传学,一个新兴的研究领域是利用光和基因工程研究大脑。

  远程,高性能OPA要求大的光束发射区域密集地堆积着成千上万个主动相位控制的,耗电的发光元件。迄今为止,这种用于激光雷达的大规模相控阵是不切实际的,因为当前使用的技术将必须在不稳定的电功率水平下运行。

  一、开发光学相控阵

  由哥伦比亚工程学院教授Michal Lipson领导的研究人员开发了一种低功率光束转向平台,该平台是一种非机械,坚固且可扩展的光束转向方法。该团队是第一个演示用于自主导航的近红外低功率大规模光学相控阵之一。它也声称是第一个在芯片上演示用于蓝光增强现实的光学相控阵技术的芯片。

  与圣路易斯华盛顿大学的亚当·科佩奇(Adam Kepecs)小组合作,该团队还开发了一种基于光开关阵列的可植入光子芯片,该光开关阵列在蓝色波长处用于精确的光遗传学神经刺激。这项研究最近发表在Optica,《自然生物医学工程》和《光学快报》上的三篇独立论文中。

  尤金·希金斯(Eugene Higgins)电气工程学教授和应用物理学教授Lipson说:“这项新技术使我们的基于芯片的设备能够将光束指向我们想要的任何地方,从而为改变广泛的领域打开了大门。”“例如,这些功能包括使激光雷达设备的大小与自动驾驶汽车的信用卡一样小,或者能够控制微米级光束以刺激神经元以进行光遗传学神经科学研究的神经探针,或者是一种光传输方法。对系统中的每个离子进行常规的量子操作和读出。”

  Lipson的团队设计了一个多通道平台,该平台可以降低光学移相器的功耗,同时保持其运行速度和宽带低损耗,从而实现可扩展的光学系统。它们使光信号多次通过同一个移相器进行循环,从而使总功耗降低了与循环相同的因子。

  研究人员展示了一种硅光子相控阵,其中包含512个主动控制的移相器和光学天线,在很宽的视野内执行2D光束转向时消耗的功率非常低。他们的结果是在构建包含数千个有源元件的可伸缩相控阵方面的重大进步。

  相控阵器件最初是在较大的电磁波长下开发的。通过在每个天线上施加不同的相位,研究人员可以通过在一个方向上设计相长干涉而在其他方向上设计相消干涉,从而形成定向性很强的波束。为了控制或转向光束的方向,它们可以延迟一个发射器中的光或相对于另一个发射器改变相位。

  用于固态激光雷达的封装式大规模光学相控阵。资料来源:哥伦比亚工程

  二、克服相控阵制造挑战

  光学相控阵列的当前可见光应用已经受到笨重的台式设备的限制,这些设备由于其大的像素宽度而具有有限的视野。先前在近红外波长进行的OPA传感器研究(包括Lipson Nanophotonics Group的工作)在可见光波长下进行类似工作时面临着制造和材料方面的挑战。

  “随着波长变小,光对诸如制造误差之类的细微变化变得更加敏感,”博士Min Chul Shin说道。利普森小组的学生,《光学快报》?论文的主要联合作者。“它还会散布更多,如果制造不完美,则会导致更高的损耗,而且制造永远不可能是完美的。”

  仅仅三年前,Lipson的团队通过使用氮化硅优化制造配方展示了一种低损耗的材料平台。他们利用该平台在可见光波长下实现了新的光束控制系统,这是第一个使用氮化硅平台在蓝光波长下工作的芯片级相控阵。

  研究人员面临的主要挑战是在蓝色范围内工作,该范围在可见光谱中具有最小的波长,并且比其他颜色散射更多,因为它以更短,更小的波传播。

  以蓝色显示相控阵的另一个挑战是要获得广角,该团队必须克服将发射器分开半个波长或至少小于一个波长(40nm间距,是人发的2500倍)的挑战。很难实现。另外,为了使光学相控阵对实际应用有用,他们需要许多发射器。将其扩展到大型系统将非常困难。

  Shin说:“这种制造不仅非常困难,而且关闭的波导还会产生很多光串扰。”?“我们无法拥有独立的相位控制,而且我们会看到所有的光相互耦合,而不会形成定向光束。”

  将这些问题解决为蓝色意味着团队可以轻松地为波长较长的红色和绿色进行此操作。

  博士后研究科学家,《光学快报》和《自然生物医学工程》论文的合着者阿西玛·莫汉蒂(Aseema Mohanty)指出:“该波长范围使我们能够应对光遗传神经刺激等新应用。”“我们使用了相同的芯片级技术来控制一系列微米级的光束,以精确探测大脑中的神经元。”

  三、优化功耗

  该团队现在正在与应用物理学教授Yu Nanfang的小组合作,以优化功耗,因为低功耗操作对于轻巧的头戴式AR显示器和光遗传学至关重要。

  利普森解释说:“我们非常兴奋,因为我们已经在一个很小的芯片上设计了可重新配置的镜头,我们可以在该芯片上操纵可见光束并改变焦点。”“我们有一个孔径,可以每几十微秒合成我们想要的任何可见图案。这不需要任何活动部件,并且可以在芯片级实现。我们的新方法意味着我们将能够革新增强现实,光遗传学以及未来更多的技术。”

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《钱神论》•西晋•鲁褒

原文:

昔神农氏没,黄帝尧舜教民农桑,以币帛为本。上智先觉变通之,乃掘铜山,俯视仰观铸而为钱,故使内方象地,外圆象天。大矣哉!

钱之为体,有乾有坤,内则其方,外则其圆。其积如山,其流如川。动静有时,行藏有节。市井便易,不患耗折。难朽象寿,不匮象道,故能长久!为世神宝。亲爱如兄,字曰”孔方“.失之则贫弱,得之则富强。无翼而飞,无足而走。解严毅之颜,开难发之口。钱多者处前,钱少者居後。处前者为君长,在後者为臣仆。君长者丰衍而有馀,臣仆者穷竭而不足。诗云:”哿矣富人,哀哉茕独。“岂是之谓乎?

钱之为言泉也。百姓日用,其源不匮。无远不往,无深不至。京邑衣冠,疲劳讲肄。厌闻清谈,对之睡寐。见我家兄,莫不惊视。钱之所佑,吉无不利。何必读书,然後富贵。昔吕公欣悦于空版,汉祖克之于嬴二,文君解布裳而被锦绣,相如乘高盖而解犊鼻:官尊名显,皆钱所致。空版至虚,而况有实。嬴二虽少,以致亲密。由是论之,可谓神物。

无位而尊,无势而热。排朱门,入紫闼。钱之所在,危可使安,死可使活;钱之所去,贵可使贱,生可使杀。是故忿诤辩讼,非钱不胜。孤弱幽滞,非钱不拔,怨仇嫌恨,非钱不解,令问笑谈,非钱不发,洛中朱衣,当涂之士,爱我家兄,皆无已已。执我之手,抱我终始。不计优劣,不论年纪。宾客辐辏,门常如市。谚云:‘钱无耳,可闇使!岂虚也哉,”又曰:“有钱可使鬼,而况于人乎。子夏云:’死生有命,富贵在天。‘吾以死生无命,富贵在钱。何以明之?钱能转祸为福,因败为成。危者得安,死者得生。性命长短,相禄贵贱,皆在乎钱。天何与焉?天有所短,钱有所长。四时行焉,百物生焉,钱不如天;达穷开塞,振贫济乏,天不如钱。若臧武仲之智,卞庄子之勇,冉求之艺,文之以礼乐,可以为成人矣。今之成人者何必然,唯孔方而已。夫钱,穷者能使通达,富者能使温暧,贫者能使勇悍,故曰’君无财则士不来,君无赏则士不往‘.谚曰:’官无中人,不如归田‘.虽有中人,而无家兄,何异无足而欲行,无翼而欲翔。使才如颜子,容如子张。空手掉臂,何所希望,不如早归,广修农商。舟车上下,役使孔方。凡百君子,同尘和光。上交下接,名誉益彰。

黄铜中方叩头对曰:“仆自西方庚辛,分王诸国,处处皆有。长沙越 ,仆之所守。黄金为父,白银为母。铅为长男,锡为适妇。伊我初生,周末时也。景王尹世,大铸兹也。贪人见我,如病得医。饥飨大牢,未之逾也。”

译文:

过去神农氏死了以后,黄帝、尧、舜便教导人们耕作养蚕,后来在交易中就以使用丝织品为主。有非常聪明的人先知先觉,便改变了交易的方式,他们开出一座铜矿,然后俯视大地,仰观上天,将铜铸成了叫做"钱"的东西。因为天圆地方,所以把铜钱里面的孔铸成方的,好像大地;把铜钱外面铸成圆的,好像天穹。

钱作为一个实体,有天也有地。它的内部效法地的方,外部效法天的圆。把它堆积起来,就好像山一样;它流通起来,又好像河流。它的流通与储蓄,都有一定的规则。在街市上使用会很方便,不用担心他有所损耗。它很难腐朽,好像那些长寿的人;它不断地流通却不会穷尽,就像"道"一样运行不息,所以它能够流传这么久。它对于世人,如同神明宝贝,大家像敬爱兄长那样爱它,便给他起了个名字叫"孔方"。没有了它人们就会贫穷软弱,得到了它人们就会富足强盛。它没有翅膀却能飞向远方,它没有脚却能到处走动。它能够使威严的面孔露出笑脸,能使口风很严的人开口。钱多的人干什么都能占先,钱少的人便得乖乖地排在后面。排在前面的人就是君长,而排在后面的只是臣仆。那些作君长的富足并且闲钱很多,而那些作为臣仆的贫困并且钱财远不够用。《诗经》里说:"富人哪,总是那么欢乐;孤独的人,好可怜!"难道指的就是这个吗?

"钱"得名于"源泉"的"泉",所以百姓每天都要用到它,钱的源泉是不会缺乏的。再远的地方它也能去,在深的地方它也能到。那些京城中的达官显贵,在学校中总是疲倦得打不起精神,对于清谈一事也极厌恶,每遇清谈之类的事,便瞌睡得不行,可是见到孔方兄便不同了,没有人不惊醒凝视的。钱所能够给人们带来的佑护,可以说是吉祥没有不利的。为什么要读了书以后达到富贵呢?只要有钱,就会有享不尽的功名利禄。照这么说来,钱这东西可真是神物了。

它没有地位却受人尊敬,没有势力却那么红火,它能够推开富贵官宦之家的朱门、紫闼。有钱的地方,可以化危机为平安,可以让死的重新复活;可要是没钱了,那贵的就要变成贱的,活的也得把它杀咯。所以,和人争辩、打官司,没有钱是没有办法胜利的;势孤力单,没有出仕的人,没有钱就不会被提拔。愁怨忿恨,没有钱就没有办法化解;好的声名,没有钱便不可能被传播。

洛阳城中的富贵人家,身居官位的那些人,对于孔方兄的热爱,从来都不曾停止。他们拉着它们的手,一直抱它们在怀中,不管它们的样子是优是劣,也不管它们有多大年岁。在孔方兄的家中,宾客们总是聚得满满的,门前就同集市一样热闹。谚语说:"钱虽然没有听觉,却可以暗中指使别人做事。"这话难道是假的吗?又说:"有钱便可以役使鬼神。"那么更何况是人呢?

子夏说:"死生是命运所决定的,富贵是上天所决定的。"我却以为,死生并非命运所决定,富贵也不过因为钱而已。怎么知道是这样的呢?因为钱可以转祸为福,变失败为成功,使危险的人变得平安,使死人得以生还。性命的长短,官位、俸禄的高低,都是在于钱的多少,天又怎么能决定呢?如此说来,天有它的短处,钱有它的长处。对于四季的运行,万物的生长,钱肯定比不上天的作用;而使穷困的人显达,使处境窘迫的人得以摆脱,上天的力量就不如钱大了。如果有臧武仲的智慧,卞庄子的勇敢,冉求的才艺,再用礼仪和音乐来修饰,就可以算得上一个完人了。然而如今要成为一个完人又何必那样?只靠孔方兄便可以了。

钱,可以使政治上不得志的人变得通达,使富贵的人过得温暖、舒适,使没有钱的人变得勇猛、凶悍。所以说,国君没有钱财士人就不会前来,国君没有奖赏士人就不会到他那。谚语说:"做官如果没有靠山,那还不如归田务农。"即使有在朝的官员,却没有孔方兄,那么和没有脚却想要行走,没有翅膀却想要飞翔又有什么分别呢?即使你的才学和颜回一样好,容貌和子张一样漂亮,手里没有钱却想要奋起,有什么希望呢?还不如早些回家,大力发展农商吧。在人们的来往中,对于孔方兄的使用,所有的人,包括所谓的君子,其实都是一样的。在上下交接钱的时候,可是特别能显示出一些人的生命和地位啊。


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