Ett team av UCLA-ingenjörer och forskare har utvecklat en ny metod för att forma ljuspulser genom att skapa fysiska nätverk som består av specialkonstruerade lager. Dessa lager är designade med djupinlärning och tillverkas sedan med 3D-utskrift och staplas ihop, efter varandra, bildar ett optiskt nätverk som kan utföra olika beräkningsuppgifter med hjälp av optiska vågor och diffraktion av ljus. Tidigare studier visade helt optisk klassificering och igenkänning av bilder med dessa djupinlärningsdesignade diffraktiva nätverk.

I detta senaste arbete, publicerad i Naturkommunikation , UCLA-forskare skapade diffraktiva optiska nätverk som kan ta en ingående ljuspuls och passera den genom specialkonstruerade lager för att forma utpulsen som lämnar det optiska nätverket till en önskad tidsvågform. Detta pulsformande nätverk demonstrerades i terahertz-delen av det elektromagnetiska spektrumet för första gången, som visar syntesen av olika former av terahertz-pulser. Genom att exakt styra både fasen och amplituden för en bredbandsingångspuls över ett kontinuum av våglängder, genereringen av olika pulsformer med olika pulsbredder demonstrerades.

Denna pulsformningsmetod består av passiva diffraktiva lager som inte förbrukar ström och kan användas för att direkt konstruera terahertz-pulser som genereras genom, till exempel, kvantkaskadlasrar, halvledarkretsar och partikelacceleratorer. En annan stor fördel med detta djupinlärningsbaserade tillvägagångssätt är att det är mångsidigt och enkelt kan anpassas för att utveckla terahertz-pulser oavsett polariseringstillstånd, strålkvalitet eller aberrationer.

Professor Aydogan Ozcan, Volgenau ordförande för teknisk innovation och kanslersprofessor i el- och datorteknik vid UCLA, betonade att detta ramverk kan tillämpas på andra delar av det elektromagnetiska spektrumet för att forma optiska pulser och kommer att få bred användning i olika tillämpningar, som vid ultrasnabb bildbehandling, spektroskopi och optisk telekommunikation. Diffraktiva optiska nätverk öppnar upp för en uppsjö av nya designmöjligheter, speciellt i terahertz-delen av spektrumet, där befintliga enheter och komponenter har några viktiga begränsningar, tillade professor Mona Jarrahi vid UCLA.