Kürzlich hat zufälliges Lasern in komplexen Netzwerken eine effiziente Laserwirkung über mehr als 50 lokalisierte Moden gezeigt, die durch Mehrfachstreuung über den zugrunde liegenden Graphen gefördert wird. Diese Netzwerklaser können bei Steuerung zu schnell schaltenden multifunktionalen Lichtquellen mit synthetisiertem Spektrum führen.
In neuen Forschungen von Imperial College London Gemeinsam mit Partnern in Italien und der Schweiz haben Wissenschaftler eine Methode entwickelt, um einen Netzwerklaser präzise so zu steuern, dass er jeweils nur eine einzige Farbe oder Farbkombination aussendet. Sie haben ein Lasersystem entwickelt, das auf einem Netzwerk wie einem Spinnennetz basiert. Ihr System könnte in neuen Sensor- und Computeranwendungen eingesetzt werden.
Das System funktioniert, indem es charakteristische „Beleuchtungsmuster“ auf den Netzwerklaser wirft. Jedes feine Muster bewirkt ein unterschiedliche Laserfarbeoder eine Gruppe von Farben, die erzeugt werden sollen. Ein digitales Mikrospiegelgerät (DMD) erzeugt Beleuchtungsmuster. Der DMD wird durch einen Algorithmus optimiert, der das beste Muster für eine bestimmte Laserfarbe auswählt.
Wissenschaftler stellten fest, „Die neuen Netzwerklasersysteme könnten viele Anwendungen haben, insbesondere weil sie in Chips integriert werden können. Sie könnten beispielsweise als hochsichere Hardwareschlüssel verwendet werden, bei denen die Beleuchtungsmuster zu sicheren Schlüsseln werden, die das Passwort in Form des Laserspektrums generieren.“
Die Netzwerklaser könnten als Sensoren eingesetzt werden, die selbst kleinste Veränderungen auf umgebenden Oberflächen verfolgen können, da sie auch sehr empfindlich auf die richtigen Beleuchtungsmuster reagieren.
Co-Autor Professor Riccardo Sapienza vom Fachbereich Physik des Imperial College London sagte: „Wir haben die Mathematik der Netzwerktheorie mit der Laserwissenschaft kombiniert, um diese komplexen Laser zu zähmen. Wir glauben, dass dies das Herzstück der Lichtverarbeitung auf Chips sein wird, und testen es jetzt als Maschinelles Lernen Hardware."
Co-Autor Professor Mauricio Barahona vom Fachbereich Mathematik am Imperial, sagte: „Dies ist ein Beispiel, bei dem Mathematik und Physik zusammenkommen und zeigt, wie die Eigenschaften eines Netzwerks den Laserprozess beeinflussen und bei der Steuerung helfen können. Die nächste große Herausforderung besteht darin, Netzwerke und Beleuchtungsmuster zu entwerfen, um das zeitliche Profil des Laserlichts zu steuern und darin Informationen zu kodieren.“
Journal Referenz:
- Saxena, D., Arnaudon, A., Cipolato, O. et al. Empfindlichkeit und spektrale Kontrolle von Netzwerklasern. Nat Commun 13, 6493 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-34073-3
