使用 AI 技術開發超小型光譜儀

研究主題

使用 AI 技術開發超小型光譜儀。

光子水晶是光波長的人工晶體。就像半導體晶體對電子有帶隙一樣，利用微製造技術製造折射率週期性結構，可產生對光有帶隙的人工材料，稱為光子晶體。光的帶隙可以用來將光強度限制在晶片內，或減慢光的速度。極小的尺寸也使其成為實現光集成電路的有力候選材料。

然而，光子晶體和其他奈米光電元件需要極精密的結構，而其效能卻受到製造誤差的限制。製造誤差會造成結構的波動，導致光的隨機定位。這種現象稱為「光的安德森定位」。雖然作為一種物理現象很有趣，但觀察這種隨機性在工程應用上並不可取。

但我們有這個我們相信，相反地，隨機性可以被主動利用來提升裝置的效能。...目的是使實現這一目標成為可能。要做到這一點，必須用於資料處理的 AI 技術。結合若能透過軟體學習定位模式，以高度預測未知反應，則可提升效能。其中一個應用是開發高效能光譜儀。傳統光譜儀既昂貴又龐大，因此只能用於有限的應用領域，但如果能將光譜儀做得又小又便宜，我們期望能開啟各種應用領域，例如將光譜儀納入智慧型手機，用於瞳孔辨識，或作為生產線上的感測器。

這項研究才剛開始，雖然已經進行了原理驗證實驗，但真正可用的裝置能否實現？它是否能在多波長下達到預期的效果？仍有許多未知數，例如是否能在多波長下達到預期的行為。即使可以進行原理驗證實驗，下一步還是要找到實現方法和真正有用的關鍵應用。這項研究正處於萌芽階段，仍在黑暗中摸索，但潛力無窮。

讓研究特別困難的是，用於資料處理的神經網路是黑盒子，要了解電腦如何思考並得出結果並不容易。神經網路本身也需要更深入的知識，需要熟悉軟體和硬體。

事實上，由於結構隨機性所導致的光定位等現象被稱為隨機光子學，這是一個與統計學和混沌理論相銜接的物理學領域，研究者對此產生了濃厚的興趣。然而工程隨機光子學。這項研究有可能開創先例。這項研究不僅是簡單的光譜儀研發，更具有學術價值。