Thèmes de recherche

Développement d'un spectromètre ultra-compact utilisant la technologie de l'IA.

cristal photoniquesont des cristaux artificiels par rapport aux longueurs d'onde optiques. De la même manière que les cristaux semi-conducteurs ont une bande interdite pour les électrons, la création de structures périodiques d'indice de réfraction à l'aide de techniques de microfabrication permet de produire des matériaux artificiels ayant une bande interdite pour la lumière, appelés cristaux photoniques. La bande interdite de la lumière peut être utilisée pour confiner fortement la lumière dans la puce ou pour ralentir la vitesse de la lumière. Sa taille extrêmement réduite en fait également un candidat de choix pour la réalisation de circuits intégrés optiques.

Cependant, les cristaux photoniques et autresdispositif nanophotoniquenécessitent des structures extrêmement précises et leurs performances ont été limitées par des erreurs de fabrication. Les erreurs de fabrication peuvent entraîner des fluctuations dans la structure, ce qui conduit àLocalisation aléatoire de la lumière.Ce phénomène est appelé "localisation d'Anderson de la lumière". Bien qu'intéressant en tant que phénomène physique, l'observation d'un tel caractère aléatoire n'est pas souhaitable pour les applications techniques.

Schéma de la configuration d'un spectromètre ultra-compact. Les modèles de localisation sont acquis et formés par l'IA.
Schéma de la configuration d'un spectromètre ultra-compact. Les modèles de localisation sont acquis et formés par l'IA.

Mais nous avons ceciNous pensons que l'aléatoire peut, au contraire, être utilisé pour améliorer les performances du dispositif en l'exploitant activement.... L'objectif est de rendre possible la réalisation de cet objectif. Pour ce faire, il est nécessaire deTechnologie d'IA pour le traitement des données.Incorporer le Les performances peuvent être améliorées si le modèle de localisation peut être appris par le logiciel pour prédire les réponses inconnues à un degré élevé. Une application est le développement d'un spectromètre à haute performance. Les spectromètres conventionnels sont chers et volumineux, et ne sont donc utilisés que pour des applications limitées, mais si l'on parvient à les rendre petits et peu coûteux, nous espérons ouvrir la voie à de nombreuses applications, comme leur intégration dans les smartphones pour la reconnaissance des pupilles ou comme capteurs dans les chaînes de production.

Cette recherche ne fait que commencer, et bien que des expériences de preuve de principe aient été réalisées, un dispositif réellement utilisable peut-il être réalisé ? Fonctionne-t-il comme souhaité pour plusieurs longueurs d'onde ? Il reste encore de nombreuses inconnues, comme la possibilité d'obtenir le comportement souhaité pour plusieurs longueurs d'onde. Même si des expériences de preuve de principe peuvent être réalisées, l'étape suivante consiste à trouver une mise en œuvre et une application mortelle vraiment utile. Cette recherche n'en est qu'à ses débuts et tâtonne encore dans l'obscurité, mais elle a un grand potentiel.

Ce qui rend la recherche particulièrement difficile, c'est que les réseaux neuronaux utilisés pour le traitement des données sont des boîtes noires et qu'il n'est pas facile de comprendre comment l'ordinateur pense et obtient ses résultats. Les réseaux neuronaux eux-mêmes nécessitent également des connaissances plus approfondies, exigeant une familiarité avec les logiciels et le matériel.

En fait, des phénomènes tels que la localisation de la lumière due à l'aléa structurel sont connus sous le nom de photonique aléatoire, un domaine de la physique qui a été étudié avec grand intérêt à l'interface avec la statistique et la théorie du chaos. CependantIngénierie de la photonique aléatoire.Cette recherche a le potentiel de créer un précédent. Il ne s'agit pas seulement d'un simple développement de spectromètre, mais aussi d'une étude de valeur académique.

Modèle de réseau neuronal utilisé.
Modèle de réseau neuronal utilisé.

Cette étude n'a pas encorestade du bourgeon (dent)Il n'y a pas de recherche conjointe à part entière. Cependant, un brevet de base a été obtenu et le développement futur du projet est très attendu. Des recherches sur l'apprentissage automatique, par exemple, sont menées avec les conseils du professeur Ikehara du département d'ingénierie électronique.

《 Mot clé 》

Cristaux photoniques / Réseaux neuronaux / Apprentissage automatique / IA / Spectroscopie / Photonique aléatoire / Localisation de la lumière par Anderson
Le laboratoire Tanabe encourage activement la recherche collaborative.

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