KI-gesteuerte Photonic Chips formen Breitbandlicht für Smart Optics

• Forscher nutzten Photonic Chip und KI-Algorithmus zur Konfiguration von Breitbandlichtquellen-Eigenschaften.
• Technologie hilft Entwicklung diverser smarter optischer Systeme durch Selbstoptimierungsmethoden.

Im Alltag nutzen wir komplexe Systeme, die auf vielen Parametern basieren, die auf chaotischen Dynamiken beruhen. In Photonik fallen viele Systeme darunter: fortschrittliche optische Quellen in Metrologie, Laserwissenschaft, biomedizinischem Imaging.

Um solche Techniken zu verbessern und Lichteigenschaften effektiv zu kontrollieren, muss man Grenzen photonischer Methodologien verschieben. In letzten Jahren versuchten Wissenschaftler weltweit, Supercontinuum zu erzeugen – breitbandiges Spektrum durch optischen Puls unter kombiniertem Effekt von Streuung, Dispersion, Nichtlinearitäten.

Entwicklung ultrakurzer, intensiver Laserpulse (2018 Physik-Nobelpreis) plus Techniken räumlicher Eingrenzung und Führung Lichtausbreitung führte zu extrem leistungsfähigen optischen Architekturen.

Forschungsteam am Institut National de la Recherche Scientifique (Kanada) generierte und manipulierte erfolgreich intensive ultrakurze Pulsmuster für Supercontinuum. Nutzten integrierte photonische Strukturen für rekonfigurierbare Bündel Femtosekunden-Optikpulse.

Was genau nutzten sie für Supercontinuum-Erzeugung?

In dieser Arbeit demonstrierten Forscher diverse Muster ultrakurzer Pulsen, die kontrolliert manipulierbar sind. Sie nutzten Stabilität, Kompaktheit, Sub-Nanometer-Auflösung integrierter photonischer Systeme für Femtosekunden-Optikpulse.

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

Sie skalierten Parameterraum exponentiell: >10³⁶ verschiedene Pulsmuster-Kombinationen möglich. Für solch große Zahl – mehr als Planeten im Universum – nutzte Team ML-Methode zur Analyse Lichtmanipulationsergebnisse.

Pulse getrennt um 1 Pikosekunde | Mit freundlicher Genehmigung Benjamin Wetzel

Mit passendem KI-Algorithmus optimierten Forscher verschiedene Pulsmuster und erreichten gewünschte Supercontinuum-Ergebnisse. Maßen Spektraloutput, wandten genetischen Algorithmus an, um integrierte Puls-Splitter-Konfigurationen zu verändern, um Dynamik nichtlinearer Faserausbreitung Richtung spezifischem Supercontinuum-Kriterium zu verbessern – z. B. spektrale Intensität bei bestimmten Wellenlängen erhöhen.

Anwendungen

Technik ermöglichte experimentell 7-fache Supercontinuum-Spektraldichte vs. Einzelpuls-Anregung bei gleicher Leistung. Potenzial für komplette temporale Kontrolle Supercontinuum-Generierung. Herausragende Ergebnisse werden angewandte Forschung in diversen Feldern beeinflussen.

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Besonders: Hilft Entwicklung anderer smarter optischer Strukturen durch Selbstoptimierung – Pulsverstärkung, selbstjustierende Laser, optische Frequenzkämme, fundamentale KI-Ansätze wie photonische Neuronale Netze.