Новая модель ИИ ускорила расчеты лазерных процессов до миллисекунд

Группа исследователей из Стэнфордского университета, Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Национальной ускорительной лаборатории SLAC создала искусственный интеллект для быстрого моделирования работы мощных лазерных систем. Этот новый метод, основанный на глубоких нейронных сетях, позволяет получать результаты традиционных расчетов за значительно меньшее время, при этом обеспечивая высокую точность для лазерных импульсов различных форм. Об этом рассказывает RuSamara.

Разработка предназначена для расчета процессов нелинейной оптики второго порядка, известных как χ². Эти процессы происходят при взаимодействии световых волн в специально подготовленных кристаллах, что позволяет изменять частоту излучения и управлять формой лазерных импульсов. Такие функции имеют большое значение для крупных научных установок, где лазеры применяются для генерации интенсивного рентгеновского излучения.

В обновленном источнике когерентного рентгеновского излучения LCLS-II в лаборатории SLAC лазерный импульс проходит через несколько этапов преобразования. Сначала инфракрасное излучение преобразуется в зеленый свет, а затем — в ультрафиолетовый. Ультрафиолетовый импульс воздействует на катод, высвобождая электроны, которые затем ускоряются и формируют мощные рентгеновские импульсы.

Точность времени подачи и форма ультрафиолетового импульса оказывают влияние на характеристики образующегося сгустка электронов, что, в свою очередь, определяет качество рентгеновского излучения. Ранее для таких расчетов использовались нелинейное уравнение Шрёдингера и метод расщепления шага Фурье, который многократно переводил описание импульса между временной и частотной областями. По словам исследователей, на эту процедуру приходилось около 95% общего времени компьютерного моделирования.

Учёные разработали модель на основе рекуррентной нейронной сети LSTM, которая обладает долговременной памятью и может учитывать последовательность изменений. Она была протестирована на процессе генерации суммарной частоты, когда три взаимосвязанных световых поля одновременно изменяются внутри кристалла. Как сообщается в журнале Advanced Photonics, при обработке нескольких расчетов на графических процессорах один прогноз занимал всего несколько миллисекунд, что значительно быстрее традиционного метода.

Модель точно описывала изменения лазерных импульсов во времени и частоте, включая сложные случаи с разрывами в частотном спектре и резкими изменениями оптической фазы. Исследователи также предложили модульную архитектуру, в которой отдельные физические процессы представлены как самостоятельные обученные сети. В будущем такой подход может быть использован для создания цифровых двойников лазерных установок, адаптивного управления и оперативной корректировки параметров эксперимента.

Больше новостей и эксклюзивных видео смотрите в канале Самара Онлайн 24 в MAX

Читайте также: