Penelitian dalam dimensi sintetis merevolusi bidang fotonik topologi dengan memungkinkan kontrol dan manipulasi cahaya tingkat lanjut dalam sistem fotonik, menggunakan inovasi seperti jaringan saraf buatan dan susunan pandu gelombang untuk mengeksplorasi fisika baru dan mengoptimalkan aplikasi perangkat.
Para peneliti mengembangkan susunan pemandu gelombang yang dapat disesuaikan yang memperkenalkan dimensi modal sintetis, meningkatkan pengelolaan cahaya dalam sistem fotonik. Inovasi ini memiliki aplikasi potensial mulai dari mode lasing hingga optik kuantum dan transmisi data.
Dalam bidang fisika, dimensi sintetis (SD) telah muncul sebagai batas penelitian mutakhir, yang menyediakan sarana untuk menyelidiki fenomena dalam ruang berdimensi lebih tinggi di luar geometri 3D konvensional kita. Konsep ini telah memperoleh perhatian besar, khususnya dalam fotonik topologi, karena potensinya untuk mengungkap fisika kompleks yang tidak dapat diakses dalam dimensi tradisional.
Para peneliti telah mengusulkan berbagai kerangka kerja teoritis untuk mempelajari dan menerapkan SD, yang bertujuan memanfaatkan fenomena seperti medan pengukur sintetis, fisika Hall kuantum, soliton diskrit, dan transisi fase topologi dalam empat dimensi atau lebih tinggi. Usulan tersebut dapat mengarah pada pemahaman mendasar baru dalam fisika.
Salah satu tantangan utama dalam ruang 3D konvensional adalah realisasi eksperimental struktur kisi kompleks dengan kopling khusus. SD menawarkan solusi, dengan menyediakan platform yang lebih mudah diakses untuk menciptakan jaringan resonator rumit dengan kopling anisotropik, jarak jauh, atau disipatif.
Pembelajaran mendalam memberdayakan manipulasi cahaya dalam dimensi sintetis. Kredit: Xia, Lei, dkk., doi 10.1117/1.AP.6.2.026005.
Kemampuan ini telah menghasilkan demonstrasi inovatif mengenai belitan topologi non-Hermitian, simetri paritas-waktu, dan fenomena lainnya. Berbagai parameter atau derajat kebebasan dalam suatu sistem, seperti mode frekuensi, mode spasial, dan momentum sudut orbital, dapat digunakan untuk membangun SD, yang menjanjikan untuk aplikasi di berbagai bidang mulai dari komunikasi optik hingga laser isolator topologi.
Sasaran utama dalam bidang ini adalah pembangunan jaringan resonator “utopis” tempat setiap pasangan mode dapat digabungkan dengan cara yang terkendali. Untuk mencapai sasaran ini diperlukan manipulasi mode yang tepat dalam sistem fotonik, yang menawarkan jalan untuk meningkatkan transmisi data, efisiensi pemanenan energi, dan pancaran sinar laser.
Memanfaatkan Jaringan Syaraf Tiruan untuk Desain Pandu Gelombang
Sekarang, seperti yang dilaporkan di Fotonik Tingkat Lanjutsebuah tim peneliti internasional telah menciptakan susunan pemandu gelombang yang dapat disesuaikan untuk menetapkan dimensi modal sintetis. Kemajuan ini memungkinkan kontrol cahaya yang efektif dalam sistem fotonik, tanpa memerlukan fitur tambahan yang rumit seperti nonlinieritas atau non-Hermitisitas. Profesor Zhigang Chen dari Universitas Nankai mencatat, “Kemampuan untuk menyesuaikan berbagai mode cahaya dalam sistem membawa kita selangkah lebih dekat untuk mencapai jaringan ‘utopis’, di mana semua parameter eksperimen dapat dikontrol dengan sempurna.”
Pembatasan mode dan perubahan mode topologi dalam dimensi sintetis yang dirancang oleh ANN. (a) Ilustrasi larik mode dengan tepi luar nilai eigen. (a1) Sketsa larik nilai eigen dan mode eigen yang sesuai. Susunan larik kopling dalam ruang nyata dihitung oleh ANN. (a2) Dinamika evolusi mode dalam SD; titik oranye di kolom kiri menunjukkan mode tereksitasi. (a3) Dinamika perambatan berkas yang sesuai dalam ruang nyata. (b) Perubahan mode dalam kisi nontrivial yang dirancang oleh ANN. (b1) Ilustrasi kisi dalam ruang nyata dan distribusi nilai eigen yang sesuai. (b2) Evolusi mode selama perambatan dalam SD; zona yang diarsir menunjukkan blokade kopling dalam SD di berbagai wilayah. (b3) Evolusi cahaya dalam ruang nyata dan perubahan menjadi mode topologi; plot di sebelah kanan menunjukkan distribusi intensitas rata-rata di wilayah pandu gelombang lurus. Kredit: Xia, Lei, dkk., doi 10.1117/1.AP.6.2.026005
Dalam pekerjaan mereka, para peneliti memodulasi gangguan (“wiggling frequencies”) untuk perambatan yang sesuai dengan perbedaan antara berbagai mode cahaya. Untuk melakukannya, mereka menggunakan jaringan saraf tiruan (ANN) untuk merancang susunan pemandu gelombang di ruang nyata. ANN dilatih untuk membuat pengaturan pemandu gelombang yang memiliki pola mode yang diinginkan secara tepat. Pengujian ini membantu mengungkap bagaimana cahaya merambat dan dibatasi dalam susunan. Akhirnya, para peneliti menunjukkan penggunaan ANN untuk merancang jenis khusus struktur kisi fotonik yang disebut kisi Su-Schrieffer-Heeger (SSH). Kisi ini memiliki fitur khusus yang memungkinkan kontrol topologi cahaya di seluruh sistem. Ini memungkinkan mereka untuk mengubah mode massal di mana cahaya bergerak, memamerkan sifat unik dari dimensi sintetis mereka.
Implikasi dari karya ini sangat besar. Dengan menyempurnakan jarak dan frekuensi pandu gelombang, para peneliti bertujuan untuk mengoptimalkan desain dan fabrikasi perangkat fotonik terintegrasi. Profesor Hrvoje Buljan dari Universitas Zagreb menyatakan, “Di luar fotonik, karya ini menawarkan sekilas pandang ke fisika yang secara geometris tidak dapat diakses. Karya ini menjanjikan untuk aplikasi mulai dari mode lasing hingga optik kuantum dan transmisi data.” Baik Chen maupun Buljan mencatat bahwa interaksi fotonik topologi dan fotonik dimensi sintetis yang didukung oleh ANN membuka kemungkinan baru untuk penemuan yang dapat mengarah pada material dan aplikasi perangkat yang belum pernah ada sebelumnya.
Referensi: “Dinamika dimensi sintetis yang didukung pembelajaran mendalam: mengubah cahaya menjadi mode topologi” oleh Shiqi Xia, Sihong Lei, Daohong Song, Luigi Di Lauro, Imtiaz Alamgir, Liqin Tang, Jingjun Xu, Roberto Morandotti, Hrvoje Buljan dan Zhigang Chen, 18 Maret 2024, Fotonik Tingkat Lanjut.
DOI: 10.1117/1.AP.6.2.026005
RisalahPos.com Network
Related posts
# PARTNERSHIP
