Интеллектуальный оптический чип для улучшения телекоммуникаций

13 ноября 2021 г., 15:05

От Интернета до оптоволоконной или спутниковой связи и медицинской диагностики - наша повседневная жизнь зависит от оптических технологий. Эти технологии используют источники оптических импульсов для передачи, извлечения или вычисления информации. Таким образом, получение контроля над формами оптических импульсов открывает путь для дальнейшего прогресса.

Аспирант Беннет Фишер (Bennet Fischer) и доктор наук Марио Хемниц (Mario Chemnitz) в команде профессора Роберто Морандотти (Roberto Morandotti) из Национального института научных исследований (INRS) разработали интеллектуальный формирователь импульсов, встроенный в чип. Выход устройства может автономно настраиваться на заданную пользователем целевую форму волны с поразительно низкими техническими и вычислительными требованиями.

В идеале, генератор оптических сигналов должен автономно выводить целевую форму волны для удобства пользователя, минимизировать экспериментальные требования для управления системой и считывания формы волны, чтобы упростить онлайн-мониторинг. Он также должен отличаться долговременной надежностью, низкими потерями, возможностью подключения по оптоволокну и максимальной функциональностью.

Среди прочего, практические недостатки, такие как точность отдельных устройств, ухудшают характеристики, которые изначально были разработаны или смоделированы. «Мы находим, что эволюционная оптимизация может помочь в преодолении присущих конструктивным ограничениям систем на кристалле и, следовательно, поднять их производительность и реконфигурируемость на новый уровень», - говорит д-р Хемниц.

Команда смогла создать это устройство вместе с недавним появлением концепций машинного обучения в фотонике, которые обещают беспрецедентные возможности и производительность системы. Сообщество оптики стремится узнать о новых методах и реализациях интеллектуальных устройств. В своей работе мы представляем взаимосвязанный набор методов машинного обучения, которые имеют большое значение как для технического, так и для академического оптического сообщества.

Исследователи использовали алгоритмы эволюционной оптимизации в качестве ключевого инструмента для перепрофилирования программируемого фотонного чипа за пределы его первоначального использования. Эволюционные алгоритмы - это компьютерные программы, вдохновленные природой, которые позволяют эффективно оптимизировать многопараметрические системы при значительном сокращении вычислительных ресурсов. Это новаторское исследование было опубликовано в журнале Optica.

Следующие шаги команды включают исследование более сложных конструкций микросхем. Целью является повышение производительности устройства, а также интеграция на кристалле оптической выборки (схема обнаружения). По срокам они могли бы предоставить единое компактное устройство, готовое к использованию.

Интеллектуальный оптический чип для улучшения телекоммуникаций