近日，国外一支研究团队宣布创造了一种特殊的激光系统，它基于像蜘蛛网一样的网络，并可以通过精确的控制来产生不同的光线颜色。
该系统由伦敦帝国理工学院的研究人员领导的团队与意大利和瑞士的合作伙伴共同发明，可用于新的传感和计算应用。此外，该团队已经与欧洲的研究和工业伙伴共同开展合作，探索该系统在机器学习方面的应用。
在传统的激光器中，光在一个材料（激活介质）中的两个镜子之间反射，该材料将光放大，直到它达到一定的阈值。激光产生的光束很窄，在远距离上很稳定。然而，这些光通常只产生一个频率，对应一种颜色。
而上述这种网络型激光器背后的工作原理则不同，它是由纳米级光纤组成的网状结构融合在一起形成网状网络。光会沿着光纤传播，以这种方式相互干涉，同时产生数百种颜色。
在这种系统中，光的颜色最终会以一种复杂的方式混合，并随机向各个方向发射。而要精准控制这种网络激光器，使其一次只发射一种颜色或多种颜色的组合，其实是通过在网络激光器上形成了独特“照明模式”来实现的，之后每一个精确的模式就都会产生不同的激光颜色，又或者不同颜色的组合。
这种“照明模式”是使用数字微镜设备（DMD）创建出来的，这是一种拥有数千个镜子的计算机控制设备。数字微镜设备（DMD）会通过一种算法进行优化，该算法为特定的激光颜色选择最佳模式。
该团队表示，新的网络激光系统可以有很多应用，特别是可以集成到芯片中。例如，它们可以用作高度安全的硬件密钥，其中照明模式成为以激光光谱形式生成密码的安全密钥。另外，由于激光对正确的照明模式是高度敏感的，这种网络激光器还可以用作传感器来跟踪周围表面的微小变化。
该系统是帝国理工学院物理系和数学系五年合作的成果，研究团队由博士后研究员Dhruv Saxena和Alexis Arnaudon领导，他们分别在物理系和数学系。研究团队基于物理建模和理论开发了优化照明模式的工具，并在实际场景中进行了演示。目前，该研究成果已发表于《自然·通讯》（Nature Communications）杂志上。
来自帝国理工学院物理系的合著者Riccardo Sapienza教授表示：“我们将网络理论的数学与激光科学结合起来，来驯服这些复杂的激光。我们相信这将是芯片上光处理的核心，我们现在正在测试它作为机器学习硬件。”
来自帝国理工数学系的合著者Mauricio Barahona教授则指出：“这是一个将数学和物理结合在一起的例子，它展示了网络的属性如何影响和帮助控制激光过程。下一个巨大的挑战是设计网络和照明模式，以控制激光的时间剖面，并在其中编码信息。”
该研究是欧盟地平线2020项目CORAL（控制芯片上的网络随机激光器）的一部分。上述研究团队与IBM Zurich公司一起，共同推动网络激光器的新兴领域走向商业化。据悉，这项研究也得到了英国工程和自然科学研究委员会（EPSRC）的资助。
