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Engineering spectro-temporal light states with physics-embedded deep learning

Shilong Liu, Stéphane Virally, Gabriel Demontigny, Patrick Cusson et Denis Seletskiy

Article de revue (2025)

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Abstract

Frequency synthesis and spectro-temporal control of optical wavepackets are central to ultrafast science, with supercontinuum (SC) generation standing as one remarkable example. Through passive manipulation, femtosecond pulses from nanojoule-level lasers can be transformed into octave-spanning spectra, supporting few-cycle pulse outputs when coupled with external pulse compressors. While strategies such as machine learning have been applied to control the SC’s central wavelength and bandwidth, their success has been limited by the nonlinearities and strong sensitivity to measurement noise. Here, we propose and demonstrate how a physics-embedded convolutional neural network that embeds spectro-temporal correlations can circumvent such challenges, resulting in faster convergence and reduced noise sensitivity. This innovative approach enables on-demand control over spectro-temporal features of SC, achieving few-cycle pulse shaping without external compressors. This approach heralds a new era of arbitrary spectro-temporal light state engineering, with implications for ultrafast photonics, photonic neuromorphic computation, and artificial intelligence-driven optical systems.

Renseignements supplémentaires: femtoQ Lab
Département: Département de génie physique
Organismes subventionnaires: NSERC, European Union’s Horizon Europe Research and Innovation Programme, FRQNT, FRONT of Canada, Mitacs Accelerate Program
Numéro de subvention: 101070700
URL de PolyPublie: https://publications.polymtl.ca/66426/
Titre de la revue: Ultrafast Science (vol. 5)
Maison d'édition: American Association for the Advancement of Science
DOI: 10.34133/ultrafastscience.0107
URL officielle: https://doi.org/10.34133/ultrafastscience.0107
Date du dépôt: 02 juil. 2025 15:28
Dernière modification: 16 mars 2026 19:51
Citer en APA 7: Liu, S., Virally, S., Demontigny, G., Cusson, P., & Seletskiy, D. (2025). Engineering spectro-temporal light states with physics-embedded deep learning. Ultrafast Science, 5, 14 pages. https://doi.org/10.34133/ultrafastscience.0107

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