Ученые, представляющие Физический факультет НГУ, при поддержке коллег из Сколково, смогли создать волоконный лазер, посылающий ультракороткие импульсы, с функцией самостоятельной настройки. Очень скоро отчет о проделанной работе должен появиться в авторитетном издании “Nanophotonics”.
Рассказывает специалист
Евгений Куприков, представляющий исследовательскую лабораторию университета города Новосибирска, поделился своими данными о проделанной работе. Волоконные источники лазерного излучения, предусматривающие функцию синхронизации мод – это нелинейные оптические системы, главная функция которых – продуцирование часто повторяющихся импульсов ультракороткой частоты. Резонатор предполагает возможность тонкой настройки, так что при сохранении основных рабочих параметров допустима смена импульсного режима.
Евгений обратил внимание, что автоматизировать настройку систем данного класса очень сложно, что ограничивает их применение, многие уместны исключительно в лабораториях. Сложность, впрочем, не означает невозможность. Настройку можно сравнить с компьютерной игрой, только в руках – не геймпад, не клавиатура, а органы управления специального оборудования, изменение положения которых способно дать результат.
Основной замысел разработчиков сводился к замене оператора, проводящего тонкую настройку, автоматикой, алгоритмом, который проверит несколько схем, выберет наиболее удачные из них, сохранит в памяти для дальнейшего успешного применения. Конечно, создание такого алгоритма требует комплексного подхода, нужно совместить изначально разные научные области, искусственное обучение и лазерные комплексы.
В официальных источниках по отношению к оборудованию часто применяется термин “умный лазер”. Его тонкая настройка возможна даже без человеческого вмешательства, однако, требуется предварительное внесение и сохранение базовых принципов, алгоритмов.
Уникальный лазер
Ученым из Сколково удалось не просто спроектировать, но создать инновационную модель волоконного лазера, основные компоненты которого – углеродные нанотрубки и насыщающийся поглотитель из ионной ячейки. Исследования показали, что изменение напряжения, поступающего на нанотрубки, позволяет изменить показатели насыщающего поглотителя, а потому эта схема вполне может использоваться как дополнительный метод управления.
Указанное устройство позволяло достичь режимов гармонической синхронизации мод, предполагающих значительный рост импульсной частоты. Сформировать такие режимы, впрочем, по силам только оператору, настраивающему оборудование. Новосибирские специалисты взялись за разработку алгоритма, осуществляющего настройку.
Евгений Куприков сообщил, что лаборатория, которую он представляет, выдвинула предложение о применении обучающего алгоритма, подкрепленного Soft Actor-Critic. После того, как все было надлежащим образом подготовлено и автоматизировано, обучение потребовало суток. Этого короткого времени оказалось вполне достаточно, чтобы автоматика поняла основные принципы обращения с лазером, научилась активировать его и выводить на режимы, при которых гармоническая синхронизация максимальна. Работа автоматики оказалась более быстрой, эффективной точной, в сравнении с оператором.
Разработка представляет большой интерес и ценность для медицинской отрасли, компаний, занимающихся тонкой обработкой металлов и других материалов, может использоваться в исследовательских центрах и лабораториях.
Источник – LANart https://lan-art.ru/
