AI gebruiken om de eigenschappen van licht te controleren | Supercontinuümgeneratie

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

In ons dagelijks leven gebruiken we verschillende complexe systemen die afhankelijk zijn van een groot aantal parameters op basis van chaotische dynamiek. In fotonica vallen veel systemen onder deze categorie, waaronder geavanceerde optische bronnen die worden gebruikt in metrologie, laserwetenschap en biomedische beeldvorming.

Om dergelijke technieken beter te maken en de eigenschappen van licht effectief te beheersen, 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 dat wordt gecreëerd door een optische puls die zich voortplant onder een gecombineerd effect van verstrooiing, dispersie en niet-lineariteiten.

De ontwikkeling van ultrakorte en intense laserpulsen – die leidden tot de Nobelprijs voor Natuurkunde van 2018 – samen met technieken voor het ruimtelijk beperken en geleiden van de verspreiding van licht, leidden tot extreem krachtige optische architecturen.

Onlangs heeft een onderzoeksteam 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 femtoseconde optische pulsen te creëren.

Wat hebben ze precies gebruikt om Supercontinuum te genereren?

In dit werk hebben onderzoekers verschillende patronen van ultrakorte pulsen aangetoond die op een gecontroleerde manier kunnen worden gemanipuleerd. Ze maakten gebruik van de stabiliteit, compactheid en resolutie van minder dan nanometers van een geïntegreerd fotonisch systeem om optische pulsen van femtoseconden te creëren.

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

Ze hebben de parameterruimte exponentieel geschaald, wat meer dan 10 ³⁶  . opleverde verschillende combinaties van mogelijke pulspatronen. 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 patronen van pulsen te optimaliseren en de gewenste Supercontinuum-resultaten te bereiken. Ze maten de spectrale output en pasten een genetisch algoritme toe om de geïntegreerde puls-splitterconfiguraties te wijzigen om de dynamiek van niet-lineaire vezelpropagatie te verbeteren naar een bepaald supercontinuümcriterium, bijvoorbeeld door de spectrale intensiteit bij bepaalde golflengten te verhogen.

Toepassingen

Met deze techniek konden onderzoekers experimenteel 7 keer meer supercontinuum-spectrale dichtheid verkrijgen dan een enkele pulsexcitatie met hetzelfde vermogen. Het heeft het potentieel om een ​​volledige temporele controle over het genereren van supercontinuüm te bieden. De fantastische resultaten zullen toegepast onderzoek op verschillende gebieden beïnvloeden.

Lezen:Bestaande lasertechnologie is sterk genoeg om buitenaardse wezens op 20.000 lichtjaar afstand aan te trekken

Het zal vooral helpen bij het ontwikkelen van andere slimme optische structuren door middel van zelfoptimalisatiemethoden, waaronder pulsversterking, zelfinstellende lasers, optische frequentiekammen en fundamentele AI-benaderingen zoals fotonische neurale netwerken.