HiLAB:一个混合逆设计框架
Reza Marzban1, Hamed Abiri1, Raphaël Pestourie2
1School of Electrical and Computer Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA, 30332, USA.
HiLAB是一种新的反向设计方法,通过结合拓优化,潜空间学习和贝叶斯优化来加速纳米光子结构发现. 这种方法大大降低了模拟成本,并提高了多功能设备的设计.
科学领域:
- 纳米光子学 纳米光子学
- 计算电磁学的计算.
- 材料科学是一种材料科学.
背景情况:
- 纳米光子结构的反向设计对于先进的光学设备至关重要.
- 像拓优化 (TO) 这样的传统方法在计算上可能很昂贵,并且容易产生局部最佳.
- 设计具有特定光学特性的多功能纳米光子设备仍然是一个挑战.
研究的目的:
- 介绍HiLAB (混合反向设计与潜空间学习,基于助理的部分优化和贝叶斯优化),这是有效的纳米光子反向设计的新范式.
- 通过降低模拟成本生成多种自由形式配置来应对多功能设备设计的挑战.
- 为了加速制造友好的纳米光子设备的发现.
主要方法:
- 结合早期终止的拓优化 (TO) 与基于视觉变压器的变化自编码器 (VAE) 和贝叶斯优化.
- 使用VAE将初始结构压缩到一个紧的潜空间,以共同优化几何和物理超参数.
- 使用缩短的辅助驱动TO运行随机物理参数来生成强大的初始结构.
主要成果:
- 与传统的TO管道相比,HiLAB系统地探索近全球最佳,电磁模拟显著减少.
- 经过训练的VAE可以通过调整获取功能来重新用于其他目标或约束.
- 通过设计带有平衡衍射效率和减轻色差的无色光束衍射器来证明有效性.
结论:
- HiLAB为强大的多参数纳米光子设计提供了一个灵活和高效的平台.
- 该方法加速了下一代纳米光子设备的发现过程.
- 对于复杂的纳米光子设计,HiLAB可显著降低计算成本 (数量级较少的模拟).
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