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Une équipe de l’INRS exploite l’apprentissage autonome pour les générateurs de formes d’ondes optiques afin d’améliorer les fonctionnalités de traitement des signaux pour les applications en télécommunications.
Le dispositif intelligent de mise en forme des impulsions ajuste le signal de sortie de façon autonome à une forme d’onde cible définie par l’utilisateur,
De l’Internet aux communications par fibre optique ou par satellite, en passant par les diagnostics médicaux, notre vie quotidienne repose sur les technologies optiques. Ces dernières utilisent des sources optiques sous forme d’impulsions pour transférer, récupérer ou compiler des informations. En maîtrisant la forme de ces impulsions optiques, on ouvre la voie à de nouvelles avancées.
Le doctorant Bennet Fischer et le chercheur postdoctoral Mario Chemnitz, dans l’équipe du professeur Roberto Morandotti de l’Institut national de la recherche scientifique (INRS), ont mis au point un dispositif intelligent de mise en forme des impulsions, intégré sur une puce. Le signal de sortie du dispositif peut s’ajuster de façon autonome à une forme d’onde cible définie par l’utilisateur, avec des exigences techniques et informatiques étonnamment faibles.
Une conception innovante
Idéalement, ce type de générateur doit produire de manière autonome une forme d’onde optique cible optimisant la facilité d’utilisation. En plus de minimiser les exigences expérimentales du système et la lecture de la forme d’onde, le contrôle en ligne se trouve facilité. Le générateur doit également présenter une fiabilité à long terme, de faibles pertes de signal, une connectivité par fibre optique et une fonctionnalité maximale.
« Les générateurs de formes d’ondes optiques intégrés ne présentaient qu’une ou deux de ces caractéristiques clés à la fois. Notre méthode répond à toutes ces exigences dans une approche évolutive, avec le potentiel d’être entièrement intégrable sur puce. »
Mario Chemnitz, chercheur postdoctoral
En effet, les imperfections pratiques, telles que la fidélité individuelle des dispositifs, détériorent les performances réelles par rapport à celles initialement conçues ou simulées. « Nous constatons que l’optimisation évolutionnaire peut aider à surmonter les limites de conception inhérentes aux systèmes sur puce et donc à augmenter la performance de ces derniers. Cela permet aussi un nouveau niveau de configurabilité », explique le chercheur postdoctoral.
L’apprentissage automatique au service de la photonique intelligente
L’équipe a pu réaliser ce dispositif parallèlement à l’émergence récente des concepts d’apprentissage automatique en photonique, qui promettent d’offrir des capacités et des performances de système sans précédent. « La communauté scientifique en optique est impatiente de découvrir de nouvelles méthodes d’utilisation et de mises en œuvre de ces dispositifs intelligents. Dans le cadre de cette recherche, nous présentons un ensemble interconnecté de méthodes d’apprentissage automatique d’une grande pertinence pour les communautés tant techniques qu’universitaires. »
Les chercheurs ont utilisé des algorithmes d’optimisation évolutive comme outil clé pour la réaffectation d’une puce photonique programmable au-delà de son utilisation initiale. Les algorithmes évolutionnaires sont des programmes informatiques inspirés de la nature, qui permettent d’optimiser efficacement des systèmes à plusieurs paramètres avec des ressources informatiques considérablement réduites.
Les résultats de cette recherche innovante ont été publiés dans la prestigieuse revue Optica. « Il est primordial pour tous jeunes chercheurs, doctorants et postdoctorants que leurs recherches soient visibles et partagées. Nous sommes donc ravis par la nouvelle de la publication de nos travaux dans une revue interdisciplinaire aussi exceptionnelle. Cela nous motive à poursuivre notre travail afin de développer de meilleures implémentations et des applications révolutionnaires pour notre dispositif. Cette publication soutient nos efforts et représente un grand honneur », déclare Mario Chemnitz.
L’équipe de recherche se penchera maintenant sur l’étude de modèles de puces plus complexes. L’objectif est d’améliorer les performances du dispositif et d’intégrer sur une puce de l’échantillonnage optique (schéma de détection). À terme, elle souhaite fournir un seul dispositif compact et prêt à l’emploi.
À propos de l’étude
L’article « Autonomous on-chip interferometry for reconfigurable optical waveform generation », de Bennet Fischer, Mario Chemnitz, Benjamin MacLellan, Piotr Roztocki, Robin Helsten, Benjamin Wetzel, Brent E. Little, Sai T. Chu, David J. Moss, José Azaña et Roberto Morandotti, a été publié dans la revue Optica. L’étude a reçu du soutien financier du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG), du Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies (FRQNT), du Conseil européen de la recherche (CER) et de l’Agence nationale de la recherche (ANR).
