Kierownik projektu: dr hab. inż. Grzegorz Soboń, prof. uczelni

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Konkurs: SONATA BIS 11

Nr projektu: 2021/42/E/ST7/00111

Budżet: 2 081 400,00 PLN

Okres realizacji: 05.04.2022-04.04.2027

Zespół projektowy:

• mgr inż. Alicja Kwaśny (doktorantka - stypendystka)
• mgr. inż. Mikołaj Krakowski (doktorant - stypendysta)
• Magdalena Pelczarska (studentka)

Publikacje:

• M. Krakowski and G. Soboń, "Gain-managed nonlinear amplification in an erbium-doped fiber," Opt. Express 32, 48815-48823 (2024) Link
• M. Krakowski, A. Kwaśny, and G. Soboń, "Amplification of femtosecond pulses with AI-assisted spectral phase modulation," Opt. Continuum 3, 449-460 (2024) Link

Opis projektu:

Projekt „Inteligentne lasery: badania nad kontrolą zjawisk nieliniowych w światłowodach w celu generacji ultrakrótkich impulsów laserowych z wykorzystaniem uczenia maszynowego” dotyczy zbadania, zrozumienia i wykorzystania efektów nieliniowych zachodzących w światłowodach, w kontekście generacji ultrakrótkich impulsów laserowych. Zjawiska nieliniowe zachodzące w światłowodach, takie jak samomodulacja fazy czy mieszanie czterofalowe są zazwyczaj niepożądane, gdyż prowadzą do zniekształcenia bądź poszerzenia spektrum impulsów laserowych. W niniejszym projekcie odwrócimy rolę efektów nieliniowych i zamienimy je w zjawiska jak najbardziej pożądane i korzystne. Zbadamy możliwość generowania impulsów laserowych w „inteligentnych” laserach, wspomaganych uczeniem maszynowym, wykorzysujących efekty nieliniowe do poszerzenia spektralnego i maksymalnego skrócenia impulsów. Celem badawczym projektu jest opracowanie autonomicznych, inteligentnych laserów generujących najkrótsze możliwe impulsy światła, niewymagające manualnego strojenia (tj. udziału operatora do uzyskania optymalnych parametrów generacji). W tym celu proponujemy użycie programowalnych filtrów spektralnych do arbitralnego kształtowania fazy impulsów laserowych, które będą sterowane algorytmami adaptacyjnymi na bazie uczenia maszynowego. Programowalny filtr optyczny pozwala na pełną kontrolę spektrum impulsów laserowych, umożliwiając zadawanie niemal dowolnego profilu fazy czy dyspersji. Nasze badania doprowadzą do opracowania samooptymalizujących się laserów impulsowych. Finalnie, zastosujemy opracowane lasery jako źródła do inicjacji różnych procesów nieliniowych, udowadniając, że prosta i niedroga technologia światłowodowa umożliwia generację ultrakrótkich impulsów laserowych w niestandardowych zakresach spektralnych. Harmonogram projektu, rozpisany na okres 5 lat, odpowiada bieżącym potrzebom technologii laserów o ultrakrótkich impulsach, tj.: opracowania nowych technik generacji impulsów w nowych zakresach spektralnych, kluczowych dla rozwoju takich dziedzin jak biomedycyna (np. mikroskopia wielofotonowa) czy spektroskopia molekularna. Zagadnienia naukowe, które będą podejmowane w projekcie to m.in.: a) koherentne poszerzenie spektralne oraz kompresja czasowa impulsów laserowych w światłowodach (w celu generacji impulsów ultrakrótkich o czasie trwania rzędu pojedynczych cykli optycznych w zakresie 1550 nm), b) zastosowanie uczenia maszynowego w fotonice: badanie użyteczności metod takich jak algorytmy genetyczne, ewolucyjne, sieci neuronowe, etc., do adaptacyjnej korekcji fazy impulsów laserowych, c) badanie zjawiska nieliniowego wzmacniania impulsów (ang. gain-managed nonlinearity, GMN) we wzmacniaczach domieszkowanych iterbem, w celu generacji intensywnych, ultrakrótkich impulsów w z zakresie spektralnym 1030-1100 nm, z korekcją fazy impulsów d) badanie zjawiska GMN we wzmacniaczach domieszkowanych erbem, w celu generacji intensywnych, ultrakrótkich impulsów w z zakresie spektralnym 1530-1600 nm, korekcją fazy impulsów e) badanie konwersji spektralnej impulsów w nowe zakresy, w procesach nieliniowych takich jak wewnątrzimpulsowa generacja częstotliwości różnicowej (ang. intra-pulse difference frequency generation) czy generacja drugiej harmonicznej (ang. second harmonic generation), w celu opracowania niezawodnych, kompaktowych i prostych, ultraszerokich spektralnie źródeł laserowych w średniej podczerwieni i paśmie widzialnym. Harmonogram projektu podzielony jest na 4 zadania badawcze: 1. Generacja ultrakrótkich impulsów laserowych o długości fali 1560 nm poprzez korekcję fazy spektralnej 2. Wzmacnianie impulsów z pasma 1060 nm w światłowodach domieszkowanych iterbem w reżimie nieliniowego zarządzania wzmocnieniem 3. Wzmacnianie impulsów z pasma 1560 nm w światłowodach domieszkowanych erbem w reżimie nieliniowego zarządzania wzmocnieniem 4. Nieliniowa konwersja zoptymalizowanych impulsów w inne zakresy spektralne.