AIを使用して光のプロパティを制御する|スーパーコンティニウムの生成

• 研究者は、フォトニックチップとAIアルゴリズムを使用して、ブロードバンド光源のプロパティを構成しました。
• この技術は、自己最適化手法を通じてさまざまなスマート光学システムの開発に役立ちます。

私たちの日常生活では、カオスダイナミクスに基づく多数のパラメーターに依存するいくつかの複雑なシステムを使用しています。フォトニクスでは、計測学、レーザー科学、生物医学イメージングで使用される高度な光源など、多くのシステムがこのカテゴリに分類されます。

このような技術を改善し、光の特性を効果的に制御するには、フォトニック手法の限界を押し上げ続ける必要があります。ここ数年、世界中の科学者がスーパーコンティニウムの生成を試みてきました。これは、散乱、分散、非線形性の複合効果の下で伝播する光パルスによって作成されたブロードバンドスペクトルです。

超短で強力なレーザーパルスの開発（2018年のノーベル物理学賞を受賞）と、光の伝播を空間的に閉じ込めて誘導する技術により、非常に強力な光学アーキテクチャが生まれました。

最近、カナダのケベック大学国立大学の研究チームは、スーパーコンティニウムを生成するための強力な超短パルスパターンの生成と操作に成功しました。彼らは、統合されたフォトニック構造を使用して、再構成可能なフェムト秒光パルスの束を作成しました。

スーパーコンティニウムを生成するために正確に何を使用しましたか？

この研究では、研究者は、制御された方法で操作できる超短パルスの多様なパターンを実証しました。彼らは、統合されたフォトニックシステムによって提供される安定性、コンパクトさ、およびサブナノメートルの解像度を利用して、フェムト秒の光パルスを生成しました。

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

彼らはパラメータ空間を指数関数的にスケーリングし、10 ³⁶ 以上を生み出しました。 可能なパルスパターンのさまざまな組み合わせ。宇宙の惑星の総数よりも多いこのような多数の組み合わせについて、チームは機械学習手法を使用して光操作の結果を分析しました。

1ピコ秒で区切られたパルス|ベンジャミンヴェッツェルの礼儀

適切なAIアルゴリズムを使用して、研究者はさまざまなパターンのパルスを最適化し、目的のスーパーコンティニウムの結果を達成することができました。彼らはスペクトル出力を測定し、遺伝的アルゴリズムを適用して、統合されたパルススプリッター構成を変更し、特定のスーパーコンティニウム基準に向けて非線形ファイバー伝搬のダイナミクスを強化しました。たとえば、特定の波長でのスペクトル強度を増加させました。

アプリケーション

この手法により、研究者は、同じパワーでの単一パルス励起の7倍のスーパーコンティニウムスペクトル密度を実験的に取得することができました。スーパーコンティニウム生成の完全な時間的制御を提供する可能性があります。素晴らしい成果は、さまざまな分野の応用研究に影響を与えます。

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特に、パルス増幅、自己調整レーザー、光周波数コム、フォトニックニューラルネットワークなどの基本的なAIアプローチなど、自己最適化手法を通じて他のスマートな光学構造の開発に役立ちます。