Kaliforniya Üniversitesi, Los Angeles (UCLA) ‘dan bir araştırmacı ekibi, ışığın akışını son derece spesifik ve karmaşık yollarla kontrol edebilen evrensel kırınan dalga kılavuzları tasarlamak ve oluşturmak için yeni bir çerçeve tanıttı.
Bu yeni teknoloji, ışığı yüksek verimlilikle yönlendiren ve geleneksel dalga kılavuzları için zorlayıcı çok çeşitli işlevler gerçekleştirebilen bir dizi yapılandırılmış yüzey tasarlamak için yapay zeka (AI), özellikle derin öğrenme kullanır.
Çalışma dergide yayınlandı Doğa İletişimi.
Işık dalgalarını yönlendiren yapılar olan optik dalga kılavuzları, küresel telekomünikasyon ağlarından entegre fotonik devrelere ve gelişmiş sensörlere kadar her şey için gerekli olan modern teknolojinin temel bileşenleridir.
Fiber optik kablolar gibi geleneksel dalga kılavuzları, çevredeki kaplamadan daha yüksek bir kırılma indisine sahip bir çekirdek malzemede ışığı sınırlar ve uzun mesafelerde minimum kayıpla yönlendirir.
Bununla birlikte, belirli ışık modlarını filtrelemek, polarizasyonlarına ve/veya spektrumlarına göre farklı kanallara bölmek veya keskin köşeler etrafında ışık bükmek gibi daha karmaşık görevler gerçekleştirebilen dalga kılavuzları oluşturmak – genellikle karmaşık tasarımlar, özel malzemeler ve sofistike imalat süreçleri gerektirir.
UCLA Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Departmanı Profesör Aydoğan Ozcan liderliğindeki araştırma, güçlü, AI odaklı bir tasarım yaklaşımı kullanarak bu zorlukların üstesinden gelmeyi amaçlamaktadır. Yeni sistem, ışığı sınırlamak için geleneksel malzemelere güvenmek yerine bir dizi ince, şeffaf kırılgan katman kullanır.
Akıllı, yapılandırılmış yüzeyler olarak düşünülebilen bu basamaklı katmanlar, bir ışık ışını yayılırken toplu olarak şekillendirmek ve yönlendirmek için derin bir öğrenme algoritması ile optimize edilir. AI, istenen ışık modlarının minimum kayıp ve yüksek saflık ile geçmesini sağlamak için her yüzeydeki desenleri ince ayarlarken, istenmeyen modlar filtrelenir.
Çalışmanın karşılık gelen yazarı Dr. Ozcan, “Kırınak dalga kılavuzu çerçevemiz ışığı nasıl kontrol edebileceğimizi yeniden canlandırıyor. Malzemelerin fiziksel özellikleri ile kısıtlanmak yerine, ışığı yönlendirmek ve karmaşık optik görevleri basamaklı bir şekilde gerçekleştirmek için bir dizi yüzey öğretebiliriz.”
“Bu bize, gelişmiş optik iletişim sistemlerinden kompakt ve hassas sensörlere kadar çok çeşitli uygulamalar için basamaklı, çok yönlü, göreve özgü dalga kılavuzları oluşturmak için optik bir LEGO seti gibi yeni bir araç kutusu sunuyor.”
Ekip, platformlarının gücünü, farklı ışık modlarını, farklı ışık modlarını iletişim için farklı çıkış kanallarına ayıran ve çoğaltan ve çoğaltan ve çoğaltan, spesifik uzamsal ve spektral ışık modlarını seçici olarak ileten veya engelleyen mod filtreleri de dahil olmak üzere, özel fonksiyonlar gerçekleştiren birkaç kırılmış dalga kılavuzu tasarlayarak gösterdi.
Tasarımları ayrıca, diğerlerini filtrelerken belirli mekansal modların istenen polarizasyon durumunu koruyan moda özgü polarizasyon kontrolü için dalga kılavuzları da içeriyordu.
Bu teknolojinin önemli avantajlarından biri ölçeklenebilirliği ve çok yönlülüğüdür. Bir dalga boyu için optimize edilmiş bir tasarım, yeniden tasarlanmasına veya yeniden tasarlanmasına gerek kalmadan, görünür veya kızılötesi gibi elektromanyetik spektrumun diğer bölgelerinde çalışacak fiziksel olarak ölçeklendirilebilir. Ayrıca, kırılgan dalga kılavuzları havada veya sıvılara veya gazlara daldırıldığında bile algılamada yeni uygulamalar açabilir.
Bu araştırma, UCLA’nın Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Departmanı, Biyomühendislik Departmanı ve Kaliforniya Nanosistemler Enstitüsü (CNSI) ‘dan Profesörler Aydojim Ozcan ve UCLA’dan Mona Jarrahi tarafından verilen disiplinlerarası bir ekip tarafından gerçekleştirildi.
