ИИ-управляемые фотонные чипы формируют широкополосный свет для умной оптики

• Исследователи использовали фотонный чип и ИИ-алгоритм для конфигурирования свойств широкополосных источников света.
• Технология поможет в разработке различных умных оптических систем через методы самооптимизации.

В нашей повседневной жизни мы используем несколько сложных систем, которые полагаются на большое количество параметров, основанных на хаотичной динамике. В фотонике многие системы попадают под эту категорию, включая передовые оптические источники, используемые в метрологии, лазерной науке и биомедицинской визуализации.

Чтобы сделать такие техники лучше и контролировать свойства света эффективно, необходимо продолжать толкать пределы фотонных методологий. За последние несколько пар лет ученые по всему миру пытались генерировать суперконтинуум — широкополосный спектр, созданный оптическим импульсом, распространяющимся под комбинированным эффектом рассеяния, дисперсии и нелинейностей.

Разработка ультракоротких и интенсивных лазерных импульсов — которая привела к Нобелевской премии по физике 2018 года — вместе с техниками пространственного конфинмента и направления распространения света дала подъем к экстремально мощным оптическим архитектурам.

Недавно исследовательская команда из Института национальных научных исследований (INRS), Канада, успешно генерировала и манипулировала интенсивными ультракороткими паттернами импульсов для генерации суперконтинуума. Они использовали интегрированные фотонные структуры для создания переконфигурируемых пучков фемтосекундных оптических импульсов.

Что именно они использовали для генерации суперконтинуума?

В этой работе исследователи продемонстрировали разнообразные паттерны ультракоротких импульсов, которые могут быть манипулированы контролируемым образом. Они использовали стабильность, компактность и субнанометровое разрешение, предоставляемые интегрированной фотонной системой, для создания фемтосекундных оптических импульсов.

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

Они масштабировали параметрическое пространство экспоненциально, что дало более 10³⁶ различных комбинаций возможных паттернов импульсов. Для такого большого числа комбинаций — большего, чем общее количество планет во Вселенной — команда использовала метод машинного обучения для анализа результатов манипуляции светом.

Импульсы, разделенные одной пикосекундой | По предоставлению Benjamin Wetzel

С подходящим ИИ-алгоритмом исследователи смогли оптимизировать разные паттерны импульсов и достичь желаемых результатов суперконтинуума. Они измеряли спектральный выход и применяли генетический алгоритм для изменения конфигураций интегрированного сплиттера импульсов для усиления динамики нелинейного волоконного распространения в сторону конкретного критерия суперконтинуума, например, увеличения спектральной интенсивности на определенных длинах волн.

Приложения

Техника позволила исследователям экспериментально получить в 7 раз большую спектральную плотность суперконтинуума, чем одиночное возбуждение импульсом с той же мощностью. У нее есть потенциал обеспечить полное временное управление генерацией суперконтинуума. Фантастические результаты повлияют на прикладные исследования в различных областях.

Читайте также: Существующая лазерная технология достаточно сильна, чтобы привлечь инопланетян на 20 000 световых лет

Особенно это поможет в разработке других умных оптических структур через методы самооптимизации, включая усиление импульсов, самонастраивающиеся лазеры, оптические частотные гребенки и фундаментальные ИИ-подходы вроде фотонных нейронных сетей.