L'apprentissage automatique optimise les expériences avec le laser haute performance

Équipe internationale de chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory, du Fraunhofer ILT et de l'ELI - Infrastructure de Lumière Extrême dans la station ELI Beamlines, Prague, République tchèque. © ELI ERIC / Équipe internationale de chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory, du Fraunhofer ILT et de l'ELI - Infrastructure de Lumière Extrême à la station ELI Beamlines, Prague, République tchèque. © ELI ERIC

Une équipe de scientifiques internationaux du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), de l'Institut Fraunhofer pour la technologie laser ILT et de l'Infrastructure Light Extreme (ELI) a mené conjointement une expérience visant à optimiser les lasers haute performance à haute fréquence de répétition à l'aide de l'apprentissage automatique. Cette expérience représente une avancée significative dans la recherche, la compréhension et l'application pratique des lasers à haute énergie.

»Notre objectif était de démontrer un diagnostic robuste des ions et électrons accélérés par laser à partir de cibles solides à haute intensité et à haute fréquence de répétition«, explique Matthew Hill, chercheur principal du LLNL. »En couplant rapidement un algorithme d'optimisation issu du domaine de l'apprentissage automatique à l'interface laser, il a été possible de maximiser le rendement du faisceau d'ions généré.«

En combinant la technologie laser de pointe avec l'apprentissage automatique, ces activités de recherche conjointes ouvrent de nouvelles possibilités pour l'exploration d'autres domaines tels que la thérapie médicale, la science des matériaux ou encore le patrimoine culturel.

Plus de 4000 tirs, effectués lors de la phase de test et dépassant systématiquement les intensités laser de 3x10^21 W/cm² sur des cibles solides, ont montré une optimisation claire au-delà des rendements typiques en ions. »Toute l'équipe a produit avec beaucoup d'engagement une quantité énorme de données de haute qualité. Celles-ci doivent maintenant être traitées afin d'analyser la physique sous-jacente dans une étape ultérieure«, explique Hill.

L'expérience a eu lieu dans la facility ELI Beamlines en République tchèque, où les chercheurs ont utilisé le système laser avancé à haute fréquence de répétition (L3-HAPLS), un système de pointe pour la production de protons dans l'accélérateur d'ions laser-plasma ELIMAIA. Le laser L3-HAPLS est reconnu pour la stabilité de sa puissance de pulsation, sa précision, la qualité de son faisceau et sa capacité à générer des impulsions laser intenses à haute fréquence de répétition. Cela permet à son tour la réalisation de sources secondaires pour la production d'électrons, d'ions et de rayons X. La précision sans précédent de répétition du L3-HAPLS a permis à l'équipe de se concentrer sur la compréhension de l'interaction laser-plasma.

»En utilisant HAPLS et en le combinant avec l'apprentissage automatique révolutionnaire, nous avons lancé un projet remarquable pour mieux comprendre la physique complexe de l'interaction laser-plasma«, ajoute Constantin Häfner, directeur du Fraunhofer ILT et du département de technologie laser à l'Université RWTH Aachen. »Les activités de recherche conjointes témoignent clairement de la façon dont le travail d'équipe et le progrès technologique peuvent contribuer à repousser ensemble les limites de la connaissance scientifique.«

Pour la facility comme pour la communauté de chercheurs en physique des plasmas à haute énergie, la combinaison réussie de l'apprentissage automatique avec la diagnostic de cible et la gestion de dispersion d'un laser haute performance à haute fréquence de répétition marque une étape importante.

»La réussite d'une expérience aussi complexe témoigne de la qualité et de la fiabilité exceptionnelles du système laser L3-HAPLS«, déclare Bedrich Rus, scientifique principal en laser à ELI Beamlines. Daniele Margarone, directeur de la recherche et de l'exploitation chez ELI Beamlines, résume : »Avec de telles expériences, ELI prouve sa volonté et sa capacité à repousser les limites du savoir. Nous, à ELI, nous efforçons de permettre des expériences transformatrices qui redéfinissent les possibilités de la science du laser et au-delà.«