Импульсные «умные» лазеры можно применять в металлообработке, системах связи, высокотехнологичной медицине, в инженерных и научных исследованиях. Об этом рассказали в пресс-службе НГУ.
Лаборатория технологий фотоники и машинного обучения для сенсорных систем ФФ НГУ совместно со Сколковским институтом науки и технологий создала самонастраивающийся волоконный лазерный источник ультракоротких импульсов*. Он может применяться в металлообработке, системах связи и высокотехнологичной медицине, а также в инженерных и научных исследованиях. Сотрудники лаборатории хотят создавать лазерные системы, которые работали бы безотказно, были просты в применении и не требовали настройки человеком.
Волоконные лазеры с синхронизацией мод представляют собой нелинейные оптические системы, обеспечивающие генерацию сверхкоротких импульсов с высокой частотой повторения. В зависимости от стратегии настройки параметров резонатора, при одних и тех же параметрах могут существовать разные импульсные режимы. Настройка подобных систем с трудом поддается автоматизации, из-за чего многие из таких лазерных источников могут существовать только в рамках лаборатории, — рассказал младший научный сотрудник лаборатории технологий фотоники и машинного обучения для сенсорных систем Евгений Куприков.
Но человек в состоянии научиться настраивать лазеры с синхронизацией мод, уверен Куприков.
<...> Наша основная идея заключается в том, чтобы заменить человека в этом процессе на интеллектуального агента, который методом проб и ошибок самостоятельно сможет найти выигрышную стратегию настройки и использовать ее в дальнейшем. Для этого мы используем подход глубокого обучения с подкреплением. Это некое междисциплинарное исследование, объединяющее две разных области — лазерные системы и алгоритмы искусственного интеллекта, — объяснил ученый.
Новый волоконный лазер с насыщающимся поглотителем на основе ионной ячейки из углеродных нанотрубок разработали и собрали в Сколковском институте науки и технологий в лаборатории наноматериалов. Но оказалось, что для получения режимов гармонической синхронизации мод большого порядка необходимо вмешательство человека. На этом этапе к работе удаленно подключились специалисты лаборатории ФФ НГУ: они разработали алгоритм для настройки волоконного лазера. Как уточнил Евгений Куприков, хоть системы, которые могут настраиваться без участия человека, и называют «умными лазерами», но им все же требуется предварительное обучение.
Наша лаборатория предложила использовать алгоритм обучения с подкреплением Soft Actor-Critic для решения поставленной задачи. После автоматизации и предварительной подготовки процесс занял один день. За это время агент научился без участия человека самостоятельно запускать лазер и находить режимы с высоким порядком гармонической синхронизации. При этом сама настройка лазера происходит гораздо быстрее, чем при участии человека. Более того, агент научился получать режимы гармонической синхронизации мод 11 порядка, в то время как человеку удалось достичь лишь девятого, — рассказал Евгений Куприков.
СПРАВКА
*Работы проводились в рамках гранта Российского научного фонда «Нелинейная фотоника для оптических коммуникаций и лазерных приложений» по направлению «Оптические коммуникации и лазерные технологии».