AI를 사용하여 빛의 속성 제어 | 초연속 세대

• 연구원들은 광자 칩과 AI 알고리즘을 사용하여 광대역 광원의 속성을 구성했습니다.
• 자기최적화 방식을 통해 다양한 스마트 광학 시스템 개발에 이 기술이 도움이 될 것입니다.

일상 생활에서 우리는 혼돈 역학을 기반으로 하는 많은 매개변수에 의존하는 여러 복잡한 시스템을 사용합니다. 포토닉스에서 계측, 레이저 과학 및 생물 의학 이미징에 사용되는 고급 광학 소스를 포함하여 많은 시스템이 이 범주에 속합니다.

이러한 기술을 더 잘 만들고 빛의 속성을 효과적으로 제어하려면 포토닉 방법론의 한계를 계속 뛰어 넘어야 합니다. 지난 몇 년 동안 전 세계의 과학자들은 산란, 분산 및 비선형성의 결합된 효과로 전파되는 광 펄스에 의해 생성된 광대역 스펙트럼인 초연속체를 생성하기 위해 노력해 왔습니다.

빛의 전파를 공간적으로 제한하고 안내하는 기술과 함께 2018년 노벨 물리학상을 수상한 초단파 및 강렬한 레이저 펄스의 개발은 매우 강력한 광학 아키텍처를 탄생시켰습니다.

최근 캐나다 국립 과학 연구소(Institut National de la Recherche Scientifique)의 연구팀은 강렬한 극초단 펄스 패턴을 성공적으로 생성 및 조작하여 초연속체를 생성했습니다. 그들은 통합된 광자 구조를 사용하여 재구성 가능한 펨토초 광 펄스 묶음을 생성했습니다.

초연속체를 생성하기 위해 정확히 무엇을 사용했나요?

이 작업에서 연구원들은 제어된 방식으로 조작할 수 있는 다양한 패턴의 초단파 펄스를 시연했습니다. 그들은 펨토초 광 펄스를 생성하기 위해 통합 광자 시스템이 제공하는 안정성, 소형 및 서브 나노미터 분해능을 활용했습니다.

참조:네이처 커뮤니케이션즈 | 도이:10.1038/s41467-018-07141-w | INRS

그들은 매개변수 공간을 기하급수적으로 확장하여 10 ³⁶ 이상을 산출했습니다. 가능한 펄스 패턴의 다양한 조합. 우주의 전체 행성 수보다 많은 조합의 경우 팀은 기계 학습 방법을 사용하여 빛 조작 결과를 분석했습니다.

1피코초로 구분된 펄스 | Benjamin Wetzel 제공

적절한 AI 알고리즘을 통해 연구원들은 다양한 패턴의 펄스를 최적화하고 원하는 초연속체 결과를 얻을 수 있었습니다. 그들은 스펙트럼 출력을 측정하고 특정 초연속체 기준에 대한 비선형 섬유 전파의 역학을 향상시키기 위해 통합 펄스 스플리터 구성을 변경하는 유전 알고리즘을 적용했습니다(예:특정 파장에서 스펙트럼 강도 증가).

응용 프로그램

이 기술을 통해 연구원들은 동일한 전력으로 단일 펄스 여기보다 7배 더 많은 초연속체 스펙트럼 밀도를 실험적으로 얻을 수 있었습니다. Supercontinuum 생성을 일시적으로 완벽하게 제어할 수 있는 가능성이 있습니다. 멋진 결과는 다양한 분야의 응용 연구에 영향을 미칠 것입니다.

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특히 펄스 증폭, 자체 조정 레이저, 광 주파수 빗, 광자 신경망과 같은 기본 AI 접근 방식을 포함한 자체 최적화 방법을 통해 다른 스마트 광학 구조를 개발하는 데 도움이 될 것입니다.