Quan es troben l'IA i l'optoelectrònica

Mitjançant el machine-learning i un xipintegrat fotònic,  investigadors del INRS (Canadà) i la Universitat de Sussex (Regne Unit),  poden personalitzar les propietats de les fonts de llum de banda ampla. També anomenat "supercontinuum", aquestes fonts són el nucli de les noves tecnologies d'imatge. L'enfocament proposat pels investigadors aporta més informació sobre els aspectes fonamentals de les interaccions de la llum i l'òptica no lineal ultra-ràpida. El treball s'ha publicat a la revista Nature Communications.

Al laboratori del professor Roberto Morandotti a l'INRS, els investigadors van poder crear i manipular patrons intensos de pols d'ultrasons, que s'utilitzen per generar un espectre òptic de banda ampla. En els últims anys, el desenvolupament de fonts làser amb pulsacions làser intensives i ultrasòniques ( que va portar al Premi Nobel de Física en el 2018) i les formes de confinar i orientar espacialment la propagació de la llum ( fibra òptica i guies d'ona), van donar lloc a les arquitectures òptiques. Amb aquests nous sistemes sorgeixen una sèrie de possibilitats, com ara la generació del supercontinuum, és a dir, els  espectres estesos de llum  generats a través d'interaccions intenses en la llum de la matèria.

Aquests sistemes òptics i complexos, i els seus processos associats, constitueixen actualment  els blocs bàsics d'àmplies aplicacions que van des de la ciència làser i la metrologia fins a les tècniques de detecció avançada i de la imatge biomèdica. Per continuar pressionant els límits d'aquestes tecnologies, cal una major capacitat per la confecció de les propietats de la llum. Amb aquest treball , l'equip internacional de recerca explica una solució pràctica i escalable   en aquest assumpte.

El Dr. Benjamin Wetzel (Universitat de Sussex), investigador principal d'aquesta investigació dirigit pel Prof. Roberto Morandotti (INRS) i el Prof. Marco Peccianti (Universitat de Sussex), van demostrar que es poden preparar i manipular diversos patrons  de polsos òptics de durada de femtosegon.  S'ha aprofitat la resolució de la compacitat, l'estabilitat a nivell de sub-nanòmetre que ofereixen les estructures integrades fotòniques, per generar impulsos d'ultrasons òptics. L'escalat exponencial de l'espai dels paràmetres obtinguts, produeix  més de 10^36 diferents configuracions assolibles de patrons de polsos, que a més, equival  a la quantitat d'estrelles estimades que hi ha a l'univers.

Amb una gran quantitat de combinacions per un determinat sistema òptic,  pot ser molt sensible a les seves condicions inicials, els investigadors han necessitat una tècnica de machine-leraning, per explorar els resultats de la manipulació de la llum. En particular, han demostrat que el control i la personalització de la llum de sortida són efectivament eficients, quan s'utilitzen conjuntament el seu sistema i un algoritme adequat per explorar la multitud de patrons de pols de llum disponibles per adaptar complexes dinàmiques físiques.

Aquests resultats,  tindran un impacte en la investigació fonamental i aplicada en una sèrie de camps, ja que gran part dels sistemes òptics actuals es basen en els mateixos efectes físics i no lineals que els subjacents de la generació del supercontinuum. D'aquesta manera, s'espera que  l'equip internacional de recerca treballi per 'sembrar' el desenvolupament d'altres sistemes òptics intel·ligents mitjançant tècniques d'auto-optimització, incloent-hi el control de guies de freqüència òptica (Nobel 2005) per a aplicacions de metrologia, làsers, processament i amplificació d' impulsos ( Nobel 2018), així com la implementació d'enfocaments més fonamentals del machine learning, com ara són els sistemes de les xarxes neuronals fotòniques.

Font: Institut national de la recherche scientifique - INRS