Optimization of accelerator performance parameters is limited by numerous trade-offs and finding the appropriate balance between optimization goals for an unknown system is challenging to achieve. Here we show that multi-objective Bayesian optimization can map the solution space of a laser wakefield accelerator in a very sample-efficient way. Using a Gaussian mixture model, we isolate contributions related to an electron bunch at a certain energy and we observe that there exists a wide range of Pareto-optimal solutions that trade beam energy versus charge at similar laser-to-beam efficiency. However, many applications such as light sources require particle beams at a certain target energy. Once such a constraint is introduced we observe a direct trade-off between energy spread and accelerator efficiency. We furthermore demonstrate how specific solutions can be exploited using \emph{a posteriori} scalarization of the objectives, thereby efficiently splitting the exploration and exploitation phases.


翻译:优化加速器性能参数受到众多权衡的限制,对于未知系统找到优化目标的适当平衡是具有挑战性的。本文展示了多目标贝叶斯优化能够以很高效率的方式映射激光等离子体加速器的解空间。利用高斯混合模型,我们隔离出与某个能量的电子束有关的贡献,并且观察到在类似的激光束-电子束效率下存在广泛的帕累托最优解。然而,许多应用,如光源,需要以一定的目标能量得到粒子束。一旦引入这样的约束,我们观察到能量展宽与加速器效率之间直接权衡。此外,我们展示了如何使用后验标量化来高效地分裂探索和利用阶段,以利用特定的解决方案。

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