AI-gedreven Fotonische Chips Vormgeven Breedbandlicht Voor Slimme Optica

• Onderzoekers gebruikten een fotonische chip en een AI-algoritme om de eigenschappen van breedbandlichtbronnen te configureren.
• De technologie zal helpen bij de ontwikkeling van diverse slimme optische systemen door zelf-optimalisatiemethodes.

In ons dagelijks leven gebruiken we diverse complexe systemen die vertrouwen op een groot aantal parameters gebaseerd op chaotische dynamica. In fotonica vallen veel systemen onder deze categorie, inclusief geavanceerde optische bronnen die gebruikt worden in metrologie, laserwetenschap, en biomedische imaging.

Om dergelijke technieken te verbeteren en de eigenschappen van licht effectief te controleren, is het noodzakelijk om de grenzen van fotonische methodologieën te blijven verleggen. De afgelopen paar jaar hebben wetenschappers over de hele wereld geprobeerd Supercontinuum te genereren – een breedbandspectrum gecreëerd door een optische puls die voortplant onder gecombineerd effect van verstrooiing, dispersie, en non-lineariteiten.

De ontwikkeling van ultrakorte en intense laserpulzen – wat leidde tot de Natuurkundeprijs 2018 – samen met technieken van ruimtelijke insluiting en begeleiding van lichtvoortplanting gaven aanleiding tot extreem krachtige optische architecturen.

Onlangs heeft een onderzoeksploeg van het Institut National de la Recherche Scientifique, Canada, met succes intense ultrakorte pulspatronen gegenereerd en gemanipuleerd om Supercontinuum te genereren. Ze gebruikten geïntegreerde fotonische structuren om herconfigureerbare bundels van femtoseconde optische pulsen te creëren.

Wat Precies Gebruikten Ze Om Supercontinuum Te Genereren?

In dit werk hebben onderzoekers diverse patronen van ultrakorte pulsen gedemonstreerd die op een gecontroleerde manier gemanipuleerd kunnen worden. Ze benutten de stabiliteit, compactheid en sub-nanometer resolutie geboden door een geïntegreerd fotonisch systeem om femtoseconden optische pulsen te creëren.

Referentie: Nature Communications | doi:10.1038/s41467-018-07141-w | INRS

Ze schaalden de parameterruimte exponentieel, wat meer dan 10³⁶ verschillende combinaties van mogelijke pulspatronen opleverde. Voor zo'n groot aantal combinaties — groter dan het totale aantal planeten in het universum — gebruikte het team een machine learning methode om de resultaten van lichtmanipulatie te analyseren.

Pulsen gescheiden door één picoseconde | Met dank aan Benjamin Wetzel

Met een geschikt AI-algoritme waren onderzoekers in staat om verschillende pulspatronen te optimaliseren en de gewenste Supercontinuum-resultaten te bereiken. Ze maatten spectraal output en pasten een genetisch algoritme toe om de geïntegreerde puls-splitter configuraties te wijzigen om de dynamica van non-lineaire vezelvoortplanting te verbeteren naar een specifiek Supercontinuum-criterium, bijvoorbeeld het verhogen van de spectraal intensiteit bij bepaalde golflengtes.

Toepassingen

De techniek stelde onderzoekers in staat om experimenteel 7 keer meer Supercontinuum spectrale dichtheid te verkrijgen dan een enkele puls-excitatie met hetzelfde vermogen. Het heeft het potentieel om complete temporele controle van Supercontinuum-generatie te bieden. De verbazingwekkende resultaten zullen toegepast onderzoek in diverse velden beïnvloeden.

Lees ook: Bestaande Laser Technologie Is Sterk Genoeg Om Aliens 20.000 Lichtjaren Weg Te Aantrekken

Vooral zal het helpen bij het ontwikkelen van andere slimme optische structuren door zelf-optimalisatiemethodes, inclusief pulsversterking, zelf-aanpassende lasers, optische frequentiekammen, en fundamentele AI-benaderingen zoals fotonische neurale netwerken.