上海光机所实现激光加速器测控系统智能化国产化突破

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所联合中科院近代物理研究所、兰州大学，在高端科研仪器测控领域取得重要工程突破，成功研发出激光尾场加速器（LWFA）全流程智能分布式控制系统。该系统基于成熟的EPICS架构完成全套软硬件搭建，通过束流实验全面验证，彻底解决了传统激光加速器装置人工依赖度高、数据传输滞后、管控碎片化等行业痛点，为超 强激光实验装置自动化、智能化升级提供了国产化成熟解决方案。

激光尾场加速器作为紧凑型等离子体加速核心装备，是超 强超短激光科研领域的核心实验装置，目前已逐步迈入稳定化、规模化实验应用阶段。但现有配套测控设备存在诸多短板，长期制约装置性能发挥。传统运行模式高度依赖人工手动调参，效率低下且误差率高；多相机束诊系统产生的海量数据，受限于传统TCP传输方案，存在带宽不足、网络时延高、CPU开销大等问题。同时，设备时序同步困难、异构数据存储混乱、异地协同监控缺失等问题，无法适配AI驱动的全自动闭环优化实验需求，成为制约高端激光实验装置智能化迭代的关键瓶颈。

针对上述设备测控痛点，研究团队依托“新一代超 强超短激光综合实验装置”国家重大科研仪器平台，基于EPICS分布式控制框架，打造出软硬件一体化的全新测控系统。该系统创新采用分层式硬件架构与四层模块化软件体系，集成多项自主研发核心技术，涵盖RoCEv2高速图像传输、多架构混合数据存储、双模式可视化操控、全链路电子日志等核心功能模块，实现了激光尾场加速器全设备、全流程、全数据的一体化管控。

实测数据表明，这套自研控制系统综合性能实现跨越式提升。核心的RoCEv2高速传输技术大幅优化网络传输效率，网络抖动与CPU协议栈开销显著降低，时延中位数仅为传统TCP方案的十分之一。系统具备极强的设备兼容与统筹管控能力，可统一联动管控36台多型号诊断相机、激光、真空、气体靶、束流截面探测器等全品类子设备。数据存储方面，创新搭建MySQL+InfluxDB+MinIO混合存储架构，单次实验可稳定存储4TB图像数据，长期运行零数据丢失，可实现上万条设备过程变量的微秒级存储与秒级快速检索。

在设备运维与操控层面，系统构建Phoebus本地客户端与Vue3网页远程双可视化操控模式，兼顾本地精细化设备调试与跨场地远程实时监测双重需求。配套的分级报警、硬件安全联锁机制，有效规避设备运行风险，保障装置长期稳定工况；定制化全链路电子实验日志，实现实验参数、图像数据、设备报警信息的全程溯源，大幅提升科研实验的规范性与可复现性。

此次研发的智能分布式控制系统，成功打通设备控制、信号采集、数据存储、状态监测、实验归档的全业务链路，同时预留标准化AI数据交互接口，可支撑无人值守式智能闭环实验运行。相较于传统分立测控设备方案，该系统在实时响应、拓展能力、异地协同等核心性能上优势显著，且架构通用性强、移植性高，不仅适配激光尾场加速器装备，还可广泛应用于拍瓦级超 强激光、同步辐射光源等各类大科学实验装置，为我国高端科研仪器智能化、国产化升级提供了重要技术支撑。