近日，中科院上海光機(jī)所高功率激光物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊，提出一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的晶體自準(zhǔn)直技術(shù)，相關(guān)研究成果以“Crystal’s Self-Alignment for High Power Laser Facility Based on Machine Learning”發(fā)表于IEEE Photonics Journal。

目前在高功率激光裝置中，諧波轉(zhuǎn)換晶體的在線準(zhǔn)直一直是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性且耗費(fèi)人力的任務(wù)。傳統(tǒng)方法需要操作人員手動搜索和調(diào)整晶體的反射光斑位置，不僅效率低下，而且精度難以保證。隨著激光功率的不斷提升，對晶體準(zhǔn)直精度和速度的要求也越來越高。如何實(shí)現(xiàn)晶體的快速、自動、高精度準(zhǔn)直，成為制約高功率激光裝置性能提升的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸之一。

研究團(tuán)隊利用光柵衍射對晶體準(zhǔn)直光束進(jìn)行采樣，并通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法自動定位晶體背表面的反射光斑，進(jìn)而調(diào)整晶體位置實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直。設(shè)計了一套由兩個核心模塊組成的系統(tǒng)。矩形螺旋光斑掃描搜索模塊：用于快速定位反射光斑。基于開源M-LOOP算法的自動光斑對準(zhǔn)模塊：采用基于高斯過程概率代理模型的貝葉斯優(yōu)化方法。硬件系統(tǒng)包括晶體準(zhǔn)直光學(xué)裝置、電機(jī)、CCD相機(jī)和樹莓派。在大型激光裝置上進(jìn)行的多次實(shí)驗(yàn)表明，該方法能在約10分鐘內(nèi)完成晶體反射光斑的自動搜索和對準(zhǔn)，顯著提高了準(zhǔn)直效率。這項(xiàng)研究首次將機(jī)器學(xué)習(xí)算法應(yīng)用于高功率激光裝置的晶體準(zhǔn)直過程，實(shí)現(xiàn)了全自動的晶體準(zhǔn)直流程，擺脫了對人工操作的依賴。開發(fā)的高效搜索和對準(zhǔn)算法，大幅縮短了準(zhǔn)直時間。該技術(shù)為高功率激光裝置的自動化運(yùn)行提供了重要支撐，不僅提高了裝置的運(yùn)行效率，也為實(shí)現(xiàn)更高精度的激光控制奠定了基礎(chǔ)。未來，這一方法有望推廣應(yīng)用到其他需要精密光學(xué)對準(zhǔn)的領(lǐng)域，推動相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。

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圖1.基于貝葉斯優(yōu)化算法的晶體準(zhǔn)直原理示意圖。

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圖2.(a),(b),(c)分別表示SG-II升級型激光裝置三條光路的對準(zhǔn)結(jié)果

相關(guān)工作得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)科技項(xiàng)目和中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會項(xiàng)目的支持。

原文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/11030231