Ujarzmić światło lasera sieciowego

Znaleźli oni sposób na precyzyjne kontrolowanie lasera sieciowego – układu laserowego opartego na sieci przypominającej pajęczynę – tak, aby w danym czasie emitował światło tylko w określonych kolorach lub kombinacjach kolorów. System mógłby znaleźć nowe zastosowania w detekcji, informatyce i uczeniu maszynowym.

Opublikowane w czasopiśmie „Nature Communications” badanie było prowadzone przez Imperial College London i wspierane przez finansowane ze środków UE projekty EPNRL i CORAL. Osiągnięcia projektu EPNRL – będące owocem pomyślnej współpracy między specjalistami w dziedzinach teorii sieci, fotoniki i urządzeń półprzewodnikowych – poskutkowały rozpoczęciem nowego projektu – CORAL.Czym lasery sieciowe różnią się od tradycyjnych laserów? Jak opisano w komunikacie prasowym zamieszczonym na stronie Imperial College London, w tradycyjnych laserach światło generowane jest w wąskich wiązkach, które pozostają stabilne na dużych odległościach. Jednak światło lasera jest zazwyczaj emitowane tylko w jednej częstotliwości i dlatego ma jeden kolor. Natomiast lasery sieciowe „tworzy siatka nanoskalowych włókien optycznych, które są ze sobą połączone, przybierając postać sieci przypominającej pajęczynę”. Przebiegając wzdłuż włókien, światło oddziałuje w sposób, który generuje w tym samym czasie setki kolorów. „Jednak kolory mieszają się w skomplikowany sposób i emitowane są losowo we wszystkich kierunkach”.

Zespół badawczy opracował metodę precyzyjnego kontrolowania lasera sieciowego, tak aby mógł on wytwarzać światło w różnych kolorach. Naukowcy wyświetlali za pomocą lasera unikalne „świetlne wzory” i odkryli, że każdy wzór daje inny kolor lub kombinację kolorów. Świetlne wzory tworzone były przy użyciu cyfrowego urządzenia zbudowanego z mikrolusterek, w skrócie DMD (ang. digital micromirror device), które jest sterowanym komputerowo urządzeniem z ułożonymi na jego powierzchni kilkuset tysiącami mikroskopijnych lusterek, tworzącymi prostokątny układ. „Działanie DMD optymalizuje algorytm, który wybiera najlepszy wzór dla danego koloru lasera”, czytamy w komunikacie.

„Aby ujarzmić te skomplikowane lasery, połączyliśmy matematykę teorii sieci z nauką o laserach. Wierzymy, że będzie to stanowić istotę przetwarzania światła na układach scalonych. Testujemy obecnie jego użycie jako sprzętu do uczenia maszynowego”, stwierdza w tym samym komunikacie współautor badania prof. Riccardo Sapienza z Wydziału Fizyki na Imperial College London.

Współautor badania, prof. Mauricio Barahona z Wydziału Matematyki na Imperial College London, zauważa: „Na tym przykładzie mogliśmy zaobserwować połączenie wiedzy z matematyki i fizyki w celu wykazania, w jaki sposób właściwości sieci mogą pomóc w kontrolowaniu pracy lasera i wpływać na nie. Następnym sporym wyzwaniem jest zaprojektowanie sieci i świetlnych wzorów potrzebnych do kontrolowania czasowego profilu światła lasera i kodowania w nim informacji”.

Dwuletni projekt EPNRL (Electrically pumped network random lasers) zakończył się w lipcu 2020 roku. Projekt CORAL (COntrolling network RAndom Lasers on chip) rozpoczęto w marcu tego samego roku i zakończy się w 2024 roku.

Więcej informacji:

strona projektu CORAL

projekt EPNRL