Использование ИИ для управления свойствами света | Генерация суперконтинуума

• Исследователи использовали фотонный чип и алгоритм искусственного интеллекта для настройки свойств широкополосных источников света.
• Технология поможет в разработке различных интеллектуальных оптических систем с помощью методов самооптимизации.

В повседневной жизни мы используем несколько сложных систем, которые зависят от большого количества параметров, основанных на хаотической динамике. В фотонике к этой категории относятся многие системы, в том числе передовые оптические источники, которые используются в метрологии, лазерной науке и биомедицинской визуализации.

Чтобы сделать такие методы лучше и эффективно контролировать свойства света, необходимо продолжать расширять границы фотонных методологий. Последние несколько лет ученые всего мира пытались создать Суперконтинуум - широкополосный спектр, создаваемый оптическим импульсом, распространяющимся под комбинированным эффектом рассеяния, дисперсии и нелинейностей.

Развитие ультракоротких и интенсивных лазерных импульсов, которое привело к присуждению Нобелевской премии по физике 2018 года, наряду с методами пространственного ограничения и направления распространения света привело к появлению чрезвычайно мощных оптических архитектур.

Недавно группа исследователей из Национального института научных исследований в Канаде успешно сгенерировала интенсивные ультракороткие импульсы и использовала их для создания Суперконтинуума. Они использовали интегрированные фотонные структуры для создания реконфигурируемых групп фемтосекундных оптических импульсов.

Что именно они использовали для создания суперконтинуума?

В этой работе исследователи продемонстрировали различные модели ультракоротких импульсов, которыми можно управлять контролируемым образом. Они использовали стабильность, компактность и субнанометровое разрешение, обеспечиваемые интегрированной фотонной системой, для создания фемтосекундных оптических импульсов.

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

Они экспоненциально масштабировали пространство параметров, что дало более 10 ³⁶ различные комбинации возможных комбинаций импульсов. Для такого большого количества комбинаций, превышающего общее количество планет во Вселенной, команда использовала метод машинного обучения для анализа результатов манипуляции со светом.

Импульсы с интервалом в одну пикосекунду | Предоставлено Бенджамином Ветцелем

С помощью соответствующего алгоритма искусственного интеллекта исследователи смогли оптимизировать различные шаблоны импульсов и достичь желаемых результатов Суперконтинуума. Они измерили спектральный выход и применили генетический алгоритм для изменения конфигурации интегрированного делителя импульсов, чтобы улучшить динамику распространения нелинейного волокна в соответствии с определенным критерием суперконтинуума, например, увеличив спектральную интенсивность на определенных длинах волн.

Приложения

Методика позволила исследователям экспериментально получить в 7 раз большую спектральную плотность Суперконтинуума, чем одиночное импульсное возбуждение той же мощности. Он может обеспечить полный контроль над генерацией Суперконтинуума во времени. Великолепные результаты повлияют на прикладные исследования в различных областях.

Прочтите:Существующие лазерные технологии достаточно сильны, чтобы привлечь инопланетян на расстоянии 20000 световых лет

В частности, это поможет в разработке других интеллектуальных оптических структур с помощью методов самооптимизации, включая усиление импульсов, самонастраивающиеся лазеры, гребенчатые оптические частотные гребенки и фундаментальные подходы искусственного интеллекта, такие как фотонные нейронные сети.