Ruis minimaliseren met behulp van machinaal leren

2022-07-23 10:11:14 By : Mr. Jason Shi

We gebruiken cookies om uw ervaring te verbeteren.Door verder te bladeren op deze site gaat u akkoord met ons gebruik van cookies.Meer informatie.Ultra-precieze lasers vinden hun toepassing in verschillende toepassingen.Bijvoorbeeld stroomkabelbewaking, kwantumcomputers, optische atoomklokken en nog veel meer.Alle lasers hebben echter de neiging om geluid te maken, dat wetenschappers van DTU Fotonik willen verminderen met behulp van machine learning.Image Credit: Technische Universiteit van Denemarken.Er is niets dat een ideale laser wordt genoemd.Er zal altijd enige faseruis zijn omdat de laserlichtfrequentie heen en weer beweegt.Faseruis voorkomt dat de laser lichtgolven genereert met de ideale stabiliteit die gewoonlijk kenmerkend is voor een laser.De meeste lasers die dagelijks worden gebruikt, hoeven niet helemaal nauwkeurig te zijn.Zo is het niet van belang als de frequentie van het rode laserlicht in de barcodescanners van supermarkten iets verandert bij het uitlezen van de barcodes.Voor enkele toepassingen, bijvoorbeeld in optische meetinstrumenten en optische atoomklokken, is het absoluut cruciaal dat de laser stabiel is, zodat er geen variatie in de lichtfrequentie is.Een methode om dichter bij een ultranauwkeurige laser te komen, is als gebruikers de faseruis kunnen vinden.Dit kan gebruikers in staat stellen een benadering te bepalen om ervoor te compenseren, zodat het resultaat een zuiverdere, nauwkeurigere laserstraal is.Dit is precies waar professor Darko Zibar van DTU Fotonik aan werkt.Hij leidt een onderzoeksgroep die bekend staat als Machine Learning in Photonic Systems, met als doel het ontwikkelen en gebruiken van machine learning om optische systemen te verbeteren.Wetenschappers van de groep hebben de afgelopen tijd de ruis van een lasersysteem van het Deense bedrijf NKT Photonics met ongeëvenaarde nauwkeurigheid gekarakteriseerd.De vraag is hoe je die ruis kunt meten, en hier hebben we de meest nauwkeurige methode ontwikkeld die beschikbaar is.We kunnen veel nauwkeuriger meten dan anderen - onze methode heeft een recordhoge gevoeligheid.Darko Zibar, professor en groepsleider, DTU Fotonik, Technische Universiteit van DenemarkenDoor Zibar is een algoritme ontwikkeld dat met behulp van machine learning patronen van laserlicht kan onderzoeken en bepalen, waarbij een model voor de ruis voortdurend wordt verbeterd.Op basis hiervan denkt het team een ​​vorm van intelligent filter te kunnen ontwerpen die de laserstraal constant van ruis zuivert.Dit is iets dat NKT Photonics zou kunnen gebruiken in hun optische meetinstrumenten, stellen senior onderzoeker Poul Varming en zijn medewerker Jens E. Pedersen, die heeft samengewerkt met de DTU-wetenschappers:We werken met fiberlasers die constant licht uitstralen en waarbij het geluidsniveau bijzonder laag is.Onze belangrijkste taak is het beperken van het geluid, en qua meettechniek hadden we moeite met het meten van geluid bij zeer hoge frequenties.Poul Varming, Senior Onderzoeker, Technische Universiteit van DenemarkenVarming voegde toe: "Maar toen kwamen we in contact met Darko Zibar en zijn groep, en we hebben wat lasers voor hen geproduceerd.De onderzoekers waren in staat om de ruis tot zeer hoge frequenties te meten, en de resultaten zijn in feite in tegenspraak met het gevestigde begrip van laserruis.”Met behulp van een nieuwe, verbeterde meettechniek konden de wetenschappers aantonen dat de theoretische basis voor het evalueren van het geluid niet op zijn plaats was.Met meer uitgebreide kennis van het geluid, konden ingenieurs beter bepalen uit welke delen van het lasersysteem het geluid afkomstig is.Zo weten ze goed waar ze verbeteringen kunnen aanbrengen.De wetenschappers zijn ook van mening dat het machine learning-systeem kan worden gebruikt om het geluid in realtime te dempen.Aangezien de wetten van de kwantummechanica een zeer fundamentele limiet stellen aan hoe goed een laser zou kunnen zijn, is het niet mogelijk om ruis volledig te elimineren.Volgens Darko Zibar is het onmogelijk om van kwantumruis af te komen, maar voorlopig kan het in ieder geval worden gekwantificeerd.We kunnen meten in de frequenties waarin kwantumruis dominant is.Op deze manier kunnen we de fundamentele ruis bepalen en achterhalen hoeveel deze bijdraagt ​​aan de totale ruis.Zodra we de fundamentele limiet kennen voor hoe goed de laser kan zijn, kunnen we uitzoeken hoe we de rest van de ruis kunnen onderdrukken.Darko Zibar, professor en groepsleider, DTU Fotonik, Technische Universiteit van DenemarkenZibar voegde toe: "Dit is ons volgende project - hoe we eerst de ruis identificeren en vervolgens onderdrukken, om een ​​laser te verkrijgen die alleen wordt beperkt door kwantumruis.Dit zal ons in staat stellen om enkele van de beste lasers ter wereld te produceren.”Wanneer de laserruis wordt gehoord, kan deze worden bestreden met hetzelfde principe als dat is gebruikt in ruisonderdrukkende hoofdtelefoons.In deze context nemen microfoons geluid uit de omgeving op en wordt vervolgens een signaal in tegenfase naar de luidsprekers verzonden, zodat de ruis en het nieuwe signaal elkaar verwijderen, en het leidt tot stilte.Als de methode zou kunnen worden gebruikt om lasers te verbeteren door een groot deel van de ruis te verwijderen zodat de lichtfrequentie vrijwel niet verandert, kunnen optische meetinstrumenten een groter bereik en een grotere gevoeligheid vertonen.Bij NKT Photonics kon de technologie oorspronkelijk worden gebruikt voor gedistribueerde akoestische detectie, waarbij een glasvezelkabel wordt gebruikt als een sensor voor het kwantificeren van kleine trillingen.Gedistribueerde akoestische detectie kan worden gebruikt voor verschillende vormen van monitoring.Zo kan een optische vezel voor een olie- of gaspijpleiding worden gelegd om een ​​ultrasnelle detectie van eventuele breuken te garanderen.De technologie kan ook worden gebruikt om het hek rond een luchthaven of bij een grens te volgen (als er een gat in het hek wordt gesneden of iemand erover probeert te klimmen), kan de technologie niet alleen signaleren wat er heeft plaatsgevonden, maar ook lokaliseren waar het is gebeurd.Een dergelijk optisch bewakingssysteem werkt door een laserstraal die in de optische vezel wordt doorgelaten.Op het moment van het proces is een beetje van het licht gereflecteerd door kleine onzuiverheden in de vezel.Maar als de vezel onderweg is geraakt, variëren ook de eigenschappen van het gereflecteerde licht, wat kan worden gemeten.Zelfs zeer zwakke trillingen konden met grote precisie worden opgepikt en gelokaliseerd.Als de nieuwe technologie van DTU een zeer effectieve demping van laserlichtruis biedt, zou gedistribueerde akoestische detectie kunnen worden gebruikt over wat langere afstanden in vergelijking met die van vandaag.Het bereik en de gevoeligheid van gedistribueerde akoestische detectie kan worden verhoogd met de meer nauwkeurige lasers, en dit kan bijvoorbeeld nodig zijn wanneer elektriciteit van de komende energie-eilanden in de Noordzee naar het vasteland wordt gestuurd.Daarbij kunnen met behulp van de technologie de stroomkabels worden gevolgd, zodat eventuele breuken snel kunnen worden opgespoord en gerepareerd.Op dit moment is het een gemis dat het bereik van de huidige systemen beperkt is tot maximaal 50 km en de afstand tot het energie-eiland iets langer lijkt te zijn.Bovendien vermeldt Poul Varming dat verschillende kwantumtechnologieën zeer nauwkeurige lasers nodig hebben.Met ruisgedempte lasers blijkt het eenvoudiger om ultraprecieze optische atoomklokken en een paar soorten kwantumcomputers te ontwerpen, waarbij lasers worden gebruikt om individuele atomen af ​​te koelen tot bijna het absolute nulpunt.De nieuwe generatie lasersystemen die mogelijk het resultaat is van het werk van onderzoekers en ingenieurs biedt dus een groot potentieel.Bron: https://www.dtu.dk/englishHeeft u een recensie, update of iets dat u aan dit nieuwsbericht wilt toevoegen?De Thermo Scientific™ ARL™ EQUINOX 3000 röntgendiffractometer voor onderzoek maakt nauwkeurige metingen mogelijk.Met KLA's Filmetrics F40 kunt u uw tafelmicroscoop transformeren in een instrument om dikte en brekingsindex te meten.Dit productprofiel beschrijft de eigenschappen en toepassingen van de ProMetric® I-SC Solution Imaging Colorimeter.We spraken met Midel Photonics, spin-off van de Universiteit van Bonn, een startend bedrijf wiens laserstraalvormtechnologie de laserindustrie wil aanscherpen.Na Laser World of Photonics 2022 spraken we met Matthias Sachsenhauser van Hamamatsu Photonics over de rol van lasergestuurde lichtbronnen in de toekomst van de fotonicasector.AZoOptics spreekt met Dr. Keith Paulsen over het belang van de detectie van borstkanker en de introductie van het diepgaande leeralgoritme van zijn team dat ruimtelijke beelden van optische weefseleigenschappen associeert met optische signaalpatronen gemeten tijdens een beeldvormend experiment of patiëntonderzoek.AZoOptics.com - Een AZoNetwork-siteEigendom van en beheerd door AZoNetwork, © 2000-2022