Rastgele ve geniş bantlı ışlevselliğe sahip derin fotonik ağlar

Optik iletişim, hesaplama ve algılama alanlarında artan uygulama çeşitliliği, yüksek performanslı entegre fotoniğe dayalı bileşenlere olan talebi artırmaktadır. Karmaşık ve uygulamaya özel işlevselliğe sahip çip-üzeri sistemlerin tasarımı fiziksel sezgilerin ötesine geçmektedir. Sonuç olarak, makine öğrenmesi tabanlı tasarım yöntemleri son zamanlarda popülerlik kazanmıştır. Fakat, hassas aygıt simülasyonlarının hesaplama gereksinimlerinin maliyetli olması çok önemli bir zorluk oluşturmaktadır. Bunun sonucu olarak, özellikle uygulamaya özel ve rastgele işlevselliğe sahip fotonik entegre devrelerin tasarımında, bu yöntemler genellikle ölçeklenebilirlik ve serbestlik açısından sınırlı kalmaktadır. Bu tezde, bu zorluklara çözüm olarak, rastgele işlevselliğe sahip optik sistemlerin tasarımı için yüksek ölçeklenebilirliğe sahip, fizik destekli bir çerçeve önerilmektedir. Bu çerçeve, özel tasarlanmış Mach-Zehnder interferometrelerden oluşan bir derin fotonik ağa dayanmaktadır. Bu çerçevenin kullanılmasıyla, ultra geniş bantlı güç bölücüler ve spektral filtreler, iki dakikadan bile daha kısa bir sürede başarıyla tasarlanmıştır. Ayrıca, ek kayıpların 0.66 dB'den az ve 1 dB bant genişliğinin 120 nm'den fazla olduğu bu zamana kadar tasarlanmış en gelişmiş aygıtlar deneysel olarak gösterilmiştir. Sunulan çerçeve, büyük ölçekli fotonik sistemlerin sistematik olarak tasarlanmasında uygulanabilir bir yaklaşım sunan önemli bir araçtır. Güç, faz ve dağılım profillerinin özelleştirilmesine olanak tanır ve bu da çoklu bant optik uygulamaların çeşitli gereksinimlerini karşılamayı sağlar. Bu tür uygulamalar arasında yüksek hızlı iletişim, kuantum bilgi işlem ve tıbbi/biyolojik algılama bulunmaktadır.