Puces photoniques pilotées par l'IA façonnent la lumière large bande pour l'optique intelligente

• 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 par des méthodes d'auto-optimisation.

Dans notre vie quotidienne, nous utilisons plusieurs systèmes complexes qui reposent sur un grand nombre de paramètres basés sur une dynamique chaotique. En photonique, de nombreux systèmes entrent dans cette catégorie, y compris les sources optiques avancées utilisées en métrologie, science laser et 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 du Supercontinuum – un spectre large bande créé par une impulsion optique se propageant sous l'effet combiné de diffusion, dispersion et non-linéarités.

Le développement d'impulsions laser ultrarapides et intenses – qui a conduit au prix Nobel de physique 2018 – ainsi que les 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 généré et manipulé avec succès des motifs d'impulsions ultrarapides intenses pour générer du Supercontinuum. Ils ont utilisé des structures photoniques intégrées pour créer des groupes reconfigurables d'impulsions optiques femtosecondes.

Qu'ont-ils exactement utilisé pour générer le Supercontinuum ?

Dans ce travail, les chercheurs ont démontré divers motifs d'impulsions ultrarapides qui peuvent être manipulés de manière contrôlée. Ils ont exploité la stabilité, la compacité et la résolution sous-nanométrique 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 exponentiellement, ce qui a produit plus de 10³⁶ combinaisons différentes de motifs d'impulsions possibles. Pour un si grand nombre de combinaisons — plus grand que le 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 par une picoseconde | Avec l'aimable autorisation de Benjamin Wetzel

Avec un algorithme d'IA approprié, les chercheurs ont pu optimiser différents motifs d'impulsions et atteindre les résultats de Supercontinuum souhaités. Ils ont mesuré la sortie spectrale et appliqué un algorithme génétique pour modifier les configurations du séparateur d'impulsions intégré afin d'améliorer la dynamique de la propagation non-linéaire de la fibre vers un critère de Supercontinuum particulier, par exemple, augmenter 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 excitation par impulsion unique avec la même puissance. Elle a le potentiel de fournir un contrôle temporel complet de la génération de Supercontinuum. Les résultats fabuleux affecteront la recherche appliquée dans divers domaines.

À lire : La technologie laser existante est assez forte pour attirer des extraterrestres à 20 000 années-lumière

Surtout, elle aidera à développer d'autres structures optiques intelligentes par des méthodes d'auto-optimisation, y compris l'amplification d'impulsions, les lasers auto-ajustables, les peignes de fréquence optique, et les approches fondamentales d'IA comme les réseaux de neurones photoniques.