ICL Group совершила прорыв в разработке лазера, похожего на паутину, который излучает свет контролируемых цветов

Группа исследователей из Имперского колледжа Лондона с партнерами из Италии и Швейцарии создала лазерную систему, основанную на сети, похожей на паутину , которой можно точно управлять для получения различных цветов света . Система, изобретенная исследователями, может быть использована в новых сенсорных и вычислительных приложениях. Команда уже сотрудничает с исследовательскими и промышленными партнерами по всей Европе для изучения приложений машинного обучения.

В традиционных лазерах свет отражается между двумя зеркалами из материала, который усиливает свет до тех пор, пока он не достигнет определенного порога. Лазерный свет производится в виде узких лучей, которые стабильны на больших расстояниях. Однако свет обычно производится только на одной частоте, соответствующей одному цвету. «Мы считаем, что это будет основой обработки света на чипах, и сейчас мы тестируем его как аппаратное обеспечение для машинного обучения», — говорит профессор ICL Риккардо Сапиенца .
Сетевые лазеры работают по-другому и состоят из сетки наноразмерных оптических волокон , которые сплавляются вместе, образуя сеть, похожую на паутину. Свет распространяется по волокнам и интерферирует таким образом, что создает одновременно сотни цветов. Однако цвета смешиваются сложным образом и излучаются случайным образом во всех направлениях.
Теперь ученые разработали метод точного управления сетевым лазером, чтобы он излучал только один цвет или комбинацию цветов за раз. Система работает, высвечивая уникальные «шаблоны освещения» на сетевом лазере, при этом каждый точный шаблон индуцирует другой цвет лазера или комбинацию цветов.

Приложения на базе чипов

Шаблоны освещения создаются с помощью цифрового микрозеркального устройства (DMD) , которое представляет собой управляемое компьютером устройство с тысячами зеркал. DMD оптимизирован с помощью алгоритма, который выбирает наилучший шаблон для определенного цвета лазера.
Команда говорит, что новые сетевые лазерные системы могут иметь множество применений, особенно потому, что они могут быть интегрированы в микросхемы. Например, их можно использовать в качестве высокозащищенных аппаратных ключей, где шаблоны подсветки становятся безопасными ключами, генерирующими пароль в виде лазерного спектра. Поскольку лазеры также очень чувствительны к правильным схемам освещения, сетевые лазеры можно использовать в качестве датчиков, которые могут отслеживать даже небольшие изменения на окружающих поверхностях.
Система является результатом пятилетнего сотрудничества между факультетами физики и математики Imperial под руководством докторантов Друва Саксены и Алексиса Арнодона , по одному на каждом факультете. Исследовательская группа разработала инструменты для оптимизации шаблонов освещения на основе физического моделирования и теории и продемонстрировала их в действии.

Математика и физика вместе

Соавтор профессор Риккардо Сапиенца с физического факультета Имперского колледжа Лондона сказал: «Мы объединили математику теории сетей с наукой о лазерах, чтобы укротить эти сложные лазеры. Мы считаем, что это будет основой обработки света на чипах, и сейчас мы тестируем его как аппаратное обеспечение для машинного обучения».
Соавтор, профессор Маурисио Бараона с факультета математики Imperial, сказал: «Это пример, когда мы видели, как математика и физика объединяются, показывая, как свойства сети могут влиять на процесс генерации и помогать контролировать его. Следующей большой задачей является разработка сетей и шаблонов освещения для управления временным профилем лазерного луча и кодирования в нем информации».
Исследователи вместе с IBM Zurich участвуют в проекте EU Horizon 2020 CORAL (управление сетью случайных лазеров на кристалле) с целью продвижения развивающейся области сетевых лазеров к коммерциализации. Исследование также финансировалось UK EPSRC .