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上海光機(jī)所利用機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)高功率激光裝置晶體自準(zhǔn)直的自動調(diào)整

研發(fā)快訊 2025年07月11日 09:07:49來源:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所 1114
摘要研究團(tuán)隊(duì)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。

  【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日,中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì),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(duì)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。
 
  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。
 
圖1:基于貝葉斯優(yōu)化算法的晶體準(zhǔn)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(zhǔn)結(jié)果

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