[發(fā)明專(zhuān)利]基于深度學(xué)習(xí)的超短激光脈沖相位預(yù)測(cè)方法及其系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110297039.4
• 申請(qǐng)日: 2021-03-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113077078A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高亦談;趙昆;王羨之;李遠(yuǎn)鋒;劉鶴元;王兆華;方少波;魏志義
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院物理研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G06Q10/04
• 分類(lèi)號(hào): G06Q10/04;G06N3/04
• 代理公司: 北京市英智偉誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11521
• 代理人: 劉丹妮;姚望舒

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于深度學(xué)習(xí)的超短激光脈沖相位預(yù)測(cè)方法及其系統(tǒng)。具體工作方式如下：一束超短脈沖激光經(jīng)非線性固體介質(zhì)傳輸，測(cè)量得到脈沖學(xué)習(xí)進(jìn)入介質(zhì)前的光譜、能量信息以及通過(guò)介質(zhì)后的脈沖光譜和能量信息，發(fā)送至深度學(xué)習(xí)計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行傳輸后脈沖信息的預(yù)測(cè)。本發(fā)明通過(guò)理論數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練，采用深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)脈沖傳輸后進(jìn)行參數(shù)預(yù)測(cè)的方法，相比于傳統(tǒng)的脈沖相位信息測(cè)量，能有效提升測(cè)量效率并降低操作技術(shù)難度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超快激光領(lǐng)域，具體涉及一種基于深度學(xué)習(xí)的超短激光脈沖相位預(yù)測(cè)方法及其系統(tǒng)。

背景技術(shù)

超快激光技術(shù)自發(fā)明以來(lái)，引起了人們極大的興趣及重視。超快激光特有的皮秒(ps)或飛秒(fs)量級(jí)時(shí)間尺度、寬覆蓋光譜成分以及高峰值功率，使得超快激光在眾多科研領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域如時(shí)間分辨光譜學(xué)、頻譜測(cè)量、阿秒科學(xué)、光顯微成像、強(qiáng)場(chǎng)物理、生物光子學(xué)、飛秒加工制作等領(lǐng)域有重要意義。

超快激光脈沖寬度的時(shí)間尺度是在皮秒(ps)或飛秒(fs)量級(jí)，對(duì)于飛秒及更短時(shí)間尺度的脈沖來(lái)說(shuō)，由于飛秒時(shí)間量級(jí)已經(jīng)超出了電子響應(yīng)速度的極限，因此不可能應(yīng)用快速響應(yīng)的電子儀器直接測(cè)量飛秒脈沖的時(shí)域特性，而需要新技術(shù)以確定其時(shí)間頻率特性，飛秒激光脈沖的特性主要是強(qiáng)度和相位隨時(shí)間的變化規(guī)律，在超快激光技術(shù)飛速發(fā)展的幾十年來(lái)，現(xiàn)在已有的時(shí)域測(cè)量技術(shù)多是通過(guò)自相關(guān)，就是通過(guò)把入射光分為兩束，讓其中一束通過(guò)延遲線，再把兩束光合并，通過(guò)一塊倍頻晶體或雙光子吸收/發(fā)光介質(zhì)，獲得與光強(qiáng)的平方成正比的信號(hào)，改變延遲可得到一系列這樣的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)的強(qiáng)度相對(duì)延遲的函數(shù)即為脈沖的自相關(guān)信號(hào)，從而得出脈沖的時(shí)域信息；但是像是進(jìn)行傅里葉變換就一定要知道脈沖的相位信息，而自相關(guān)法在相位測(cè)量是不可靠的，必須用其他方法測(cè)量相位，目前已有的傳統(tǒng)相位測(cè)量方案如自參考光譜干涉(WIZZLER)、頻率分辨光學(xué)開(kāi)關(guān)法(FROG)，自參考光譜相干電場(chǎng)重建法(SPIDER)，色散掃描法(D-Scan)。

上述中的現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺陷：例如，在對(duì)脈沖進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需要進(jìn)行復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)操作，且這些實(shí)驗(yàn)操作具有相當(dāng)高的技術(shù)要求，且耗時(shí)較長(zhǎng)。且在部分實(shí)驗(yàn)，例如固體介質(zhì)傳輸中，除了需要知道脈沖通過(guò)固體后的相位信息還要知道脈沖通過(guò)固體前的信息，需要進(jìn)行數(shù)次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)量，方法繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，例如：超快激光脈沖時(shí)域信息測(cè)量實(shí)驗(yàn)若存在干擾，數(shù)據(jù)難以處理；測(cè)量實(shí)驗(yàn)技術(shù)門(mén)檻高，效率低下。本發(fā)明提供一種基于深度學(xué)習(xí)的超短激光脈沖相位預(yù)測(cè)方法及其系統(tǒng)。

在闡述本發(fā)明內(nèi)容之前，定義本文中所使用的術(shù)語(yǔ)如下：

術(shù)語(yǔ)“WIZZLER”是指：使用自參考光譜干涉方法(self referenced spectralinterferometer SRSI)的一種商用產(chǎn)品。

術(shù)語(yǔ)“FROG”是指：頻率分辨光學(xué)開(kāi)關(guān)法。

術(shù)語(yǔ)“SPIDER”是指：基于光譜相位干涉法的直接電場(chǎng)重構(gòu)Spectral PhaseInterferometry for Direct Electric-field Reconstruction(SPIDER)。

術(shù)語(yǔ)“D-Scan”是指：色散掃描法(Dispersion Scan)。

術(shù)語(yǔ)“YAG”是指：釔鋁石榴石。

術(shù)語(yǔ)“PPLN”是指：周期極化鈮酸鋰晶體。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面提供了一種基于深度學(xué)習(xí)的超短激光脈沖相位預(yù)測(cè)方法，該方法包括以下步驟：

(1)選定固體介質(zhì)，通過(guò)含時(shí)薛定諤方程獲得理論脈沖傳輸數(shù)據(jù)，通過(guò)脈沖相位測(cè)量裝置獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，所述理論脈沖傳輸數(shù)據(jù)與所述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)構(gòu)成訓(xùn)練數(shù)據(jù)；

(2)建立深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，設(shè)置模型參數(shù)；