新興二維半導體材料   帶來光明的「智慧鏡頭」

編譯／高晟鈞

非線性光學材料是未來邁向光資訊時代的關鍵性材料。利用光子作為資料儲存、傳輸及計算的計算單元，比目前利用電子做類似工作有更高價值和明顯的優勢。

現行非線性光學材料的現象需要使用像雷射般強大的磁場才可以被觀察到，此外，光學計算在實現非線性響應方面面臨限制，這意味著產生的訊號與輸入不成正比。因此倘若要達到一般實用的境界，尋找合適的非線性光學材料勢在必行

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非線性材料

對此，加州大學洛杉磯分校加州奈米系統研究所（CNSI）成員最近的一項合作研究  推出了克服這些障礙的設備。

在線性光學中，光直接影響介質，導致反射、折射和透射等現象。而非線性光學則涉及光與介質之間的非線性交互作用。換句話說，介質的反應取決於光的波長、強度、方向和偏振。

舉例來說，非線性光學材料可以改變雷射的波長和頻率，從而可以進入未使用的電磁頻譜；又或者非線性光學材料可進入紅外線（IR）區域，為雷射導引瞄準系統、紅外線感測器、車輛保護系統（VPS）等創造了機會。

簡單來說，非線性光學材料的特點在於其非線性係數，如光學開關、頻率轉換和諧波產生，這些係數決定了材料非線性光學過程的效率。

帶來光明的智慧鏡頭

研究團隊將二維半導體與一層液晶結合，形成一個由10,000像素組成的智慧濾鏡，當暴露在寬頻環境光下時，每個像素都能夠以非線性方式選擇性地快速變暗。這種材料不會吸收大量的光線，卻仍能產生足夠的訊號來處理光，只需要少量光子就可以顯著改變透明度。

該團隊還演示了一個應用程序，將他們的設備與智慧型手機相機結合，以減少圖像中的光暈（眩光）。此外，該智慧鏡頭還有許多其他應用，包括改進自動駕駛汽車的感測、幫助相機辨識或屏蔽物體、影像加密、檢測機器人組裝線路中的缺陷等等。

該設備具有許多優勢，例如傳入的影像可以在不轉換為數位訊號的情況下處理，進而加快結果生成，並減少發送到雲端進行數位處理和儲存的資料量。

資料來源:Innovations

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