【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光物理聯(lián)合實驗室研究團隊，提出一種基于機器學習的晶體自準直技術(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)換晶體的在線準直一直是一項極具挑戰(zhàn)性且耗費人力的任務(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，對晶體準直精度和速度的要求也越來越高。如何實現(xiàn)晶體的快速、自動、高精度準直，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。
 

　　研究團隊利用光柵衍射對晶體準直光束進行采樣，并通過機器學習算法自動定位晶體背表面的反射光斑，進而調(diào)整晶體位置實現(xiàn)準直。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)包括晶體準直光學裝置、電機、CCD相機和樹莓派。在大型激光裝置上進行的多次實驗表明，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，顯著提高了準直效率。這項研究首次將機器學習算法應(yīng)用于高功率激光裝置的晶體準直過程，實現(xiàn)了全自動的晶體準直流程，擺脫了對人工操作的依賴。開發(fā)的高效搜索和對準算法，大幅縮短了準直時間。該技術(shù)為高功率激光裝置的自動化運行提供了重要支撐，不僅提高了裝置的運行效率，也為實現(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對準的領(lǐng)域，推動相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。
 

　　相關(guān)工作得到了中國科學院戰(zhàn)略先導科技項目和中國科學院青年創(chuàng)新促進會項目的支持。
 

圖1：基于貝葉斯優(yōu)化算法的晶體準直原理示意圖。
 

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結(jié)果