Peristiwa Ekstrem dalam Laser Kaskade Kuantum Memungkinkan Sistem Saraf Optik 10.000 × Lebih Cepat Daripada Neuron Biologis

Perangkat foton dalam kaskade kuantum. Kredit Spitz et al., Doi 10.1117 / 1.AP.2.6.066001

QCLs Menunjukkan Impuls Ekstrim

Peristiwa ekstrim terjadi dalam banyak konteks yang dapat diamati. Alam adalah sumber yang subur: gelombang air yang beriak naik tinggi di atas ombak, hujan monsun, kebakaran, dan sebagainya. Dari ilmu iklim hingga optik, fisikawan telah mengklasifikasikan karakteristik peristiwa ekstrem, memperluas gagasan tersebut ke bidang kompetensi masing-masing. Misalnya, peristiwa ekstrem dapat terjadi di aliran data telekomunikasi. Dalam komunikasi serat optik di mana sejumlah besar fluktuasi ruang-waktu dapat terjadi dalam sistem lintas samudra, kejadian tiba-tiba adalah peristiwa ekstrem yang harus ditekan, karena dapat mengubah komponen yang terkait dengan lapisan fisik atau mengganggu transmisi pesan pribadi.

Baru-baru ini, peristiwa ekstrim telah diamati pada laser kaskade kuantum, seperti yang dilaporkan oleh peneliti dari Telecom Paris (Prancis) bekerja sama dengan UC Los Angeles (AS) dan TU Darmstad (Jerman). Impuls raksasa yang menjadi ciri peristiwa ekstrem ini dapat berkontribusi pada impuls yang tiba-tiba dan kuat yang diperlukan untuk komunikasi dalam sistem neuromorfik yang diilhami oleh kemampuan komputasi yang kuat dari otak. Berdasarkan laser kaskade kuantum (QCL) yang memancarkan sinar infra merah menengah, para peneliti mengembangkan sistem neuron optik dasar yang beroperasi 10.000 × lebih cepat dari neuron biologis. Laporannya dipublikasikan di Fotonik Tingkat Lanjut.

Pulsa raksasa, penyetelan halus

Olivier Spitz, rekan penelitian di Telecom Paris dan penulis pertama makalah tersebut, mencatat bahwa momentum raksasa di QCL dapat berhasil diaktifkan dengan menambahkan “eksitasi pulsa”, waktu singkat pertumbuhan amplitudo kecil arus bias. Penulis senior Frédéric Grillot, Profesor di Télécom Paris dan Universitas New Mexico, menjelaskan bahwa kemampuan pemicu ini penting untuk aplikasi seperti sistem yang mirip dengan neuron optik, yang memerlukan aktivasi kejutan optik sebagai respons terhadap gangguan.

Sistem neuron optik tim menunjukkan perilaku yang mirip dengan yang diamati dalam neuron biologis, seperti pembatasan, lonjakan phasic, dan lonjakan tonik. Penyetelan modulasi dan frekuensi secara halus memungkinkan Anda mengontrol interval waktu antara lonjakan. Grillot menjelaskan, “Sistem neuromorfik membutuhkan stimulus super-threshold yang kuat agar sistem dapat memicu respons spiking, sedangkan phasic dan tonic spiking sesuai dengan pemicu lonjakan tunggal atau berkelanjutan setelah datangnya stimulus.” Untuk mereplikasi berbagai respons saraf biologis, juga perlu untuk menghentikan rangkaian ledakan reguler yang sesuai dengan aktivitas saraf.

Laser kaskade kuantum

Grillot mencatat bahwa temuan yang dilaporkan oleh timnya menunjukkan potensi yang semakin tinggi dari laser kaskade kuantum dibandingkan dengan dioda standar atau laser VCSEL, di mana teknik yang lebih kompleks saat ini diperlukan untuk mendapatkan sifat neuromorfik.

Didemonstrasikan secara eksperimental untuk pertama kali pada tahun 1994, laser kaskade kuantum pada awalnya dikembangkan untuk digunakan pada suhu kriogenik. Perkembangannya maju pesat, memungkinkan penggunaannya pada suhu yang lebih hangat, hingga suhu kamar. Karena banyaknya panjang gelombang yang dapat mereka capai (dari 3 hingga 300 mikron), QCL berkontribusi pada banyak aplikasi industri seperti spektroskopi, penanggulangan optik, dan komunikasi ruang bebas.

Menurut Grillot, fisika yang terlibat dalam QCL sangat berbeda dengan laser dioda. “Keuntungan laser kaskade kuantum dibandingkan laser dioda berasal dari transisi elektronik subpikodetik antara status pita konduksi (subband) dan umur pembawa yang jauh lebih pendek daripada umur foton,” kata Grillot. Dia mencatat bahwa QCL menampilkan perilaku emisi cahaya yang sangat berbeda dalam hal optik, termasuk namun tidak terbatas pada terjadinya pulsa raksasa, respons laser terhadap modulasi, dan dinamika frekuensi combing.

Referensi: “Peristiwa ekstrem dalam laser kaskade kuantum” oleh Olivier Spitz, Jiagui Wu, Andreas Herdt, Grégory Maisons, Mathieu Carras, Wolfgang E. Elsäßer, Chee-Wei Wong dan Frédéric Grillot, 21 Oktober 2020, Fotonik Tingkat Lanjut.
DOI: 10.1117 / 1.AP.2.6.066001

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Skrining sinar-X mengidentifikasi obat yang menjanjikan untuk pengobatan COVID-19

Sebuah tim peneliti, termasuk ilmuwan MPSD, telah mengidentifikasi beberapa kandidat untuk melawan obat tersebut SARS-CoV-2 coronavirus menggunakan sumber cahaya sinar-X PETRA III di German...

Teori konspirasi memengaruhi perilaku kita – bahkan jika kita tidak mempercayainya!

Paling tidak karena COVID-19 pandemi, teori konspirasi lebih relevan dari sebelumnya. Mereka diberitakan dan didiskusikan di hampir semua media dan komunikasi. Tapi...

“Doodle Ringan” Nyata dalam Waktu Nyata

Para peneliti di Tokyo Metropolitan University telah merancang dan menerapkan algoritme yang disederhanakan untuk mengubah garis yang digambar secara bebas menjadi hologram pada CPU...

Teleskop Webb NASA menyertakan tabir surya seukuran lapangan tenis untuk perjalanan jutaan kilometer

Kedua wajah tabir surya James Webb Space Telescope dinaikkan secara vertikal untuk mempersiapkan pelipatan lapisan tabir surya. Kredit: NASA / Chris Gunn Insinyur bekerja...

Mineralogi Hangat Global Mengelola Pusat Perlindungan Kehidupan Batin

Tim lapangan DeMMO dari kiri ke kanan: Lily Momper, Brittany Kruger, dan Caitlin Casar mengambil sampel air yang meledak dari toilet DeMMO. Pendanaan:...

Newsletter

Subscribe to stay updated.