Usando IA para controlar as propriedades da luz | Geração de supercontínuo

• Os pesquisadores usaram um chip fotônico e um algoritmo de IA para configurar as propriedades das fontes de luz de banda larga.
• A tecnologia ajudará no desenvolvimento de vários sistemas ópticos inteligentes por meio de métodos de auto-otimização.

Em nossa vida cotidiana, usamos vários sistemas complexos que contam com um grande número de parâmetros baseados em dinâmicas caóticas. Na fotônica, muitos sistemas se enquadram nesta categoria, incluindo fontes ópticas avançadas que são usadas em metrologia, ciência do laser e imagens biomédicas.

Para tornar essas técnicas melhores e controlar as propriedades da luz de forma eficaz, é necessário continuar empurrando os limites das metodologias fotônicas. Nos últimos pares de anos, cientistas de todo o mundo têm tentado gerar Supercontinuum - um espectro de banda larga criado por um pulso óptico que se propaga sob um efeito combinado de espalhamento, dispersão e não linearidades.

O desenvolvimento de pulsos de laser ultracurtos e intensos - que levaram ao Prêmio Nobel de Física de 2018 - juntamente com técnicas de confinamento espacial e propagação guiada da luz deram origem a arquiteturas ópticas extremamente poderosas.

Recentemente, uma equipe de pesquisa do Institut National de la Recherche Scientifique, Canadá, gerou e manipulou com sucesso padrões de pulso ultracurto intenso para gerar Supercontínuo. Eles usaram estruturas fotônicas integradas para criar grupos reconfiguráveis ​​de pulsos ópticos de femtossegundos.

O que exatamente eles usaram para gerar o supercontínuo?

Neste trabalho, pesquisadores demonstraram diversos padrões de pulsos ultracurtos que podem ser manipulados de forma controlada. Eles aproveitaram a estabilidade, compactação e resolução sub-nanométrica fornecida por um sistema fotônico integrado para criar pulsos ópticos de femtossegundos.

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

Eles escalaram o espaço de parâmetros exponencialmente, o que resultou em mais de 10 ³⁶ diferentes combinações de possíveis padrões de pulso. Para um número tão grande de combinações - maior do que o número total de planetas no universo - a equipe usou um método de aprendizado de máquina para analisar os resultados da manipulação da luz.

Pulsos separados por um picossegundo | Cortesia de Benjamin Wetzel

Com um algoritmo de IA apropriado, os pesquisadores foram capazes de otimizar diferentes padrões de pulsos e alcançar os resultados de supercontínuo desejados. Eles mediram a saída espectral e aplicaram um algoritmo genético para alterar as configurações de divisor de pulso integrado, a fim de aumentar a dinâmica da propagação da fibra não linear em direção a um critério Supercontínuo particular, por exemplo, aumentando a intensidade espectral em certos comprimentos de onda.

Aplicativos

A técnica permitiu aos pesquisadores obter experimentalmente 7 vezes mais densidade espectral supercontínua do que uma única excitação de pulso com a mesma potência. Ele tem o potencial de fornecer um controle temporal completo da geração do Supercontínuo. Os resultados fabulosos afetarão a pesquisa aplicada em vários campos.

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Especialmente, ajudará no desenvolvimento de outras estruturas ópticas inteligentes por meio de métodos de auto-otimização, incluindo amplificação de pulso, lasers autoajustáveis, pentes de frequência óptica e abordagens de IA fundamentais como redes neurais fotônicas.