Utiliser l'IA pour contrôler les propriétés de la lumière | Génération de supercontinuum

• Les chercheurs ont utilisé une puce photonique et un algorithme d'IA pour configurer les propriétés des sources lumineuses à large bande.
• La technologie aidera au développement de divers systèmes optiques intelligents grâce à des méthodes d'auto-optimisation.

Dans notre vie de tous les jours, nous utilisons plusieurs systèmes complexes qui reposent sur un grand nombre de paramètres basés sur des dynamiques chaotiques. En photonique, de nombreux systèmes entrent dans cette catégorie, y compris les sources optiques avancées utilisées en métrologie, en science laser et en imagerie biomédicale.

Pour améliorer ces techniques et contrôler efficacement les propriétés de la lumière, il est nécessaire de continuer à repousser les limites des méthodologies photoniques. Au cours des dernières années, des scientifiques du monde entier ont essayé de générer un supercontinuum, un spectre à large bande créé par une impulsion optique se propageant sous un effet combiné de diffusion, de dispersion et de non-linéarités.

Le développement d'impulsions laser ultracourtes et intenses, qui ont conduit au prix Nobel de physique 2018, ainsi que des techniques de confinement spatial et de guidage de la propagation de la lumière ont donné naissance à des architectures optiques extrêmement puissantes.

Récemment, une équipe de recherche de l'Institut national de la recherche scientifique, Canada, a réussi à générer et à manipuler des modèles d'impulsions ultracourtes intenses pour générer un supercontinuum. Ils ont utilisé des structures photoniques intégrées pour créer des paquets reconfigurables d'impulsions optiques femtosecondes.

Qu'ont-ils utilisé exactement pour générer un supercontinuum ?

Dans ce travail, les chercheurs ont démontré divers modèles d'impulsions ultracourtes qui peuvent être manipulées de manière contrôlée. Ils ont exploité la stabilité, la compacité et la résolution inférieure au nanomètre fournies par un système photonique intégré pour créer des impulsions optiques femtosecondes.

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

Ils ont mis à l'échelle l'espace des paramètres de manière exponentielle, ce qui a donné plus de 10 ³⁶  différentes combinaisons de modèles d'impulsions possibles. Pour un si grand nombre de combinaisons, supérieur au nombre total de planètes dans l'univers, l'équipe a utilisé une méthode d'apprentissage automatique pour analyser les résultats de la manipulation de la lumière.

Impulsions séparées d'une picoseconde | Avec l'aimable autorisation de Benjamin Wetzel

Avec un algorithme d'IA approprié, les chercheurs ont pu optimiser différents modèles d'impulsions et obtenir les résultats de supercontinuum souhaités. Ils ont mesuré la sortie spectrale et appliqué un algorithme génétique pour modifier les configurations de séparateur d'impulsions intégré afin d'améliorer la dynamique de la propagation des fibres non linéaires vers un critère de supercontinuum particulier, par exemple, en augmentant l'intensité spectrale à certaines longueurs d'onde.

Applications

La technique a permis aux chercheurs d'obtenir expérimentalement 7 fois plus de densité spectrale de supercontinuum qu'une seule excitation d'impulsion avec la même puissance. Il a le potentiel de fournir un contrôle temporel complet de la génération de supercontinuum. Les résultats fabuleux affecteront la recherche appliquée dans divers domaines.

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En particulier, cela aidera à développer d'autres structures optiques intelligentes grâce à des méthodes d'auto-optimisation, notamment l'amplification d'impulsions, les lasers à auto-ajustement, les peignes de fréquence optique et les approches fondamentales de l'IA comme les réseaux de neurones photoniques.