Un arbre de Farey et une échelle du diable observés dans un laser grâce à l’apprentissage machine.
Si les lasers à blocage de modes sont en principe réglés comme des horloges et délivrent des impulsions ultrabrèves identiques à une cadence parfaitement déterminée, il est possible d’exciter d’autres fonctionnements où les propriétés des impulsions varient lentement mais de manière cyclique : le laser respire alors à un rythme différent de la cadence des impulsions.
Articles en accès ligne :
- https://arxiv.org/abs/2108.09869 Xiuqi Wu, Junsong Peng, Sonia Boscolo, Ying Zhang, Christophe Finot, Heping Zeng, « Intelligent breathing soliton generation in ultrafast fiber lasers », Laser & Photonics Reviews , 16, 2100191 (2022)
- https://www.nature.com/articles/s41467-022-33525-0 Xiuqi Wu, Ying Zhang, Junsong Peng, Sonia Boscolo, Christophe Finot & Heping Zeng, « Farey tree and devil’s staircase of frequency-locked breathers in ultrafast lasers, » Nature Communications 13, 5784 (2022)
Contact : christophe.finot@u-bourgogne.fr
Ce régime de fonctionnement fait partie des nombreuses dynamiques rendues possible par la combinaison complexe de la non-linéarité, de la dispersion, des pertes et du gain qui existent dans les lasers à fibres optiques. Pour mieux cerner ces comportements étranges, une équipe de chercheurs regroupant l’Université Normale de Chine de l’Est (sous la direction des Pr. Junsong Peng et Heping Zeng), l’Université d’Aston (Royaume-Uni, Dr. Sonia Boscolo) et le laboratoire ICB (Pr. Christophe Finot) a imaginé un laser capable de générer de telles structures et de contrôler très finement leur propriétés grâce à des algorithmes d’apprentissage machine évolués. Ainsi, en s’inspirant des principes du Darwinisme, le laser est capable d’ajuster par lui-même ses paramètres afin d’atteindre sans intervention humaine ce régime de fonctionnement qui nécessitait préalablement des opérations manuelles laborieuses.
Ce laser « intelligent » mis au point a permis une étude précise des interactions entre le rythme de respiration des impulsions et la cadence naturelle du laser. Les enregistrements expérimentaux ont alors révélé l’existence d’une structure fractale, connues sous le nom d’échelle du diable qui permet de prédire les zones de fonctionnement stable du laser. Cette dynamique ne doit donc rien au hasard et peut se construire suivant un schéma s’appelant arbre de Farey.
Cette compréhension du fonctionnement atypique de ce laser ouvre de nouvelles opportunités dans le domaine de la spectroscopie et dans la réalisation d’étalons optiques de fréquences ayant un espacement très faible. Ces travaux ont fait l’objet de la couverture de la revue Laser Photonics Reviews ainsi que d’une publication dans la prestigieuse revue scientifique Nature Communications.
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Si les lasers à blocage de modes sont en principe réglés comme des horloges et délivrent des impulsions ultrabrèves identiques à une cadence parfaitement déterminée, il est possible d’exciter d’autres fonctionnements où les propriétés des impulsions varient lentement mais de manière cyclique : le laser respire alors à un rythme différent de la cadence des impulsions.
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- https://www.nature.com/articles/s41467-022-33525-0 Xiuqi Wu, Ying Zhang, Junsong Peng, Sonia Boscolo, Christophe Finot & Heping Zeng, "Farey tree and devil’s staircase of frequency-locked breathers in ultrafast lasers," Nature Communications 13, 5784 (2022)
Contact : christophe.finot@u-bourgogne.fr
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Ce régime de fonctionnement fait partie des nombreuses dynamiques rendues possible par la combinaison complexe de la non-linéarité, de la dispersion, des pertes et du gain qui existent dans les lasers à fibres optiques. Pour mieux cerner ces comportements étranges, une équipe de chercheurs regroupant l’Université Normale de Chine de l’Est (sous la direction des Pr. Junsong Peng et Heping Zeng), l’Université d’Aston (Royaume-Uni, Dr. Sonia Boscolo) et le laboratoire ICB (Pr. Christophe Finot) a imaginé un laser capable de générer de telles structures et de contrôler très finement leur propriétés grâce à des algorithmes d’apprentissage machine évolués. Ainsi, en s’inspirant des principes du Darwinisme, le laser est capable d’ajuster par lui-même ses paramètres afin d’atteindre sans intervention humaine ce régime de fonctionnement qui nécessitait préalablement des opérations manuelles laborieuses.
Ce laser « intelligent » mis au point a permis une étude précise des interactions entre le rythme de respiration des impulsions et la cadence naturelle du laser. Les enregistrements expérimentaux ont alors révélé l’existence d’une structure fractale, connues sous le nom d’échelle du diable qui permet de prédire les zones de fonctionnement stable du laser. Cette dynamique ne doit donc rien au hasard et peut se construire suivant un schéma s’appelant arbre de Farey.
Cette compréhension du fonctionnement atypique de ce laser ouvre de nouvelles opportunités dans le domaine de la spectroscopie et dans la réalisation d’étalons optiques de fréquences ayant un espacement très faible. Ces travaux ont fait l’objet de la couverture de la revue Laser Photonics Reviews ainsi que d’une publication dans la prestigieuse revue scientifique Nature Communications.
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