Лазерный мир

Спектровременное представление паттернов (повторяющихся элементов в графческом представлении) фемтосекундных импульсов, подготовлено фотонным чипом для генерации суперконтинуума. Паттерны оптимизируются посредством машинного обучения для выбора и улучшения требуемых свойств в выходном суперконтинууме.

Спектровременное представление паттернов (повторяющихся элементов в графческом представлении) фемтосекундных импульсов, подготовлено фотонным чипом для генерации суперконтинуума. Паттерны оптимизируются посредством машинного обучения для выбора и улучшения требуемых свойств в выходном суперконтинууме. (Источник: Б. Ветцель, INRS)

Оптические системы позволяют формировать и контролировать характеристики лазерного излучения, но с определенными ограничениями для пользователя. Сегодня исследователи могут миниатюризировать оптические инструменты и собирать оптические чипы. Оптические микросхемы размером не больше кончика пальца являются препятствием для проходящего через них света, изменяя его свойства в процессе работы. Усовершенствования в дизайне оптических чипов, разработанные исследователем INRS Роберто Морандотти и международной командой, открывают двери для множества новых научных и технологических возможностей. Однако до настоящего времени управление лазерами ограничивалось определенными импульсными характеристиками и требовало дорогих и громоздких устройств, которые трудно масштабировать. Многие теоретические предложения были сделаны с целью преодоления этих ограничений. Одно из них включает использование комбинированных световых импульсов. К сожалению, существует существенное эксплуатационное препятствие для эффективного использования комбинированных импульсов: число возможных комбинаций просто слишком велико и слишком сложно, чтобы их можно было решить с помощью обычного численного или экспериментального  подход.

Несмотря на это препятствие, этот путь исследований имеет слишком большой потенциал, чтобы его можно было игнорировать. Бенджамин Ветцель из INRS разработал способ разделения и рекомбинации лазерных импульсов и, таким образом, уникальный способом управления их индивидуальными характеристиками. При этом он открыл целый ряд новых возможностей: «Используя этот концептуально простой подход, мы имеем возможность экспоненциально расширить возможные комбинации параметров системы, которыми мы можем управлять », — объяснил Ветцель. «Изменяя несколько переменных в чипе, мы можем получить более 10³⁶ конфигураций формы импульса для управления нашей оптической системой». Эти астрономические числа иллюстрируют препятствие, представленное требованиями к вычислительной мощности, которые влечет за собой этот подход. Чтобы преодолеть это, международная команда обратилась к искусственному интеллекту. Автоматический алгоритм обучения использовался, чтобы помочь определить наилучшие комбинации параметров для получения точно желаемого типа света. В качестве доказательства концепции света манипулировали для получения суперконтинуума. Это расширенные спектры света, полученные в результате интенсивного взаимодействия света и вещества. Как показывают результаты, интегрированный оптический чип, используемый в сочетании с алгоритмом обучения, создает оптимальную схему импульсов, которая обеспечивает исследователей сложной физической динамикой, которая им необходима. Эти захватывающие результаты окажут влияние на многочисленные области фундаментальных и прикладных исследований, поскольку многие используемые в настоящее время оптические системы зависят от тех же явлений, что и те, которые используются для генерации суперконтинуума. Кроме того, предлагаемая система является недорогой и очень компактной, и ее можно масштабировать в более сложные системы.Работа исследовательской группы может привести к разработке других интеллектуальных оптических систем с использованием методов самооптимизации. Они включают в себя управление оптическими частотными гребнями (фильтрами) для применения в метрологии, саморегулирующиеся лазеры, обработку импульсов и усиление, а также реализацию более фундаментальных подходов к интеллектуальному обучению, таких как системы на основе фотонных  нейронных сетей. (Источник: INRS)

Ссылка: B. Wetzel et al.: Customizing supercontinuum generation via on-chip adaptive temporal pulse-splitting, Nat. Commun. 9, 4884 (2018); DOI: 10.1038/s41467-018-07141-w

Компания: Nonlinear Photonics Group, INRS-EMT, Montreal, Canada

Источник: http://www.photonicsviews.com/controlling-light-with-ai/