«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. Тем не менее, человек в состоянии научиться настраивать лазеры с синхронизацией мод», – рассказал младший научный сотрудник лаборатории технологий фотоники и машинного обучения для сенсорных систем Евгений Куприков.
Идея ученых заключается в том, чтобы заменить человека в этом процессе на интеллектуального агента, который сможет найти выигрышную стратегию настройки и использовать ее. Такие системы называют «умными лазерами»: они могут настраиваться без участия человека, но им нужна предварительная настройка – обучение.
Исследователи из Сколковского института науки и технологий разработали и собрали новый волоконный лазер с насыщающимся поглотителем на основе ионной ячейки из углеродных нанотрубок. Подавая напряжение на ячейку из нанотрубок, можно управлять характеристиками насыщающегося поглотителя – это дает дополнительную степень свободы в управлении лазером. Исследователи НГУ занялись разработкой алгоритма для настройки волоконного лазера, при этом сама установка находилась в Сколковском институте в Москве.
«Наша лаборатория предложила использовать алгоритм обучения с подкреплением Soft Actor-Critic для решения поставленной задачи. После автоматизации и предварительной подготовки процесс обучения 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 сумел научиться получать режимы гармонической синхронизации мод 11-ого порядка, в то время как человеку удалось достичь лишь девятого порядка», – объяснил Куприков.
Импульсные «умные лазеры» могут применяться в металлообработке, системах связи и высокотехнологичной медицине, а также в инженерных и научных исследованиях. В ближайшее время в научном журнале Nanophotonics появится публикация о полученных результатах.
