La conception inverse photonique produit un assortiment de conceptions non intuitives qui peuvent obtenir de meilleures performances dans des empreintes plus petites que leurs homologues de conception traditionnelle. Malgré la multitude de conceptions possibles pour une tâche particulière, L'analyse des conceptions d'un séparateur de faisceau révèle comment l'algorithme produit des dispositifs qui peuvent en fait être classés en différents types en fonction de leur structure et des principes physiques sous-jacents. Crédit :Logan Su
Les chercheurs de l'Université de Stanford ont créé une base de code de conception inverse appelée SPINS qui peut aider les chercheurs à explorer différentes méthodologies de conception pour trouver des structures optiques et nanophotoniques pouvant être fabriquées.
Dans la revue Examens de physique appliquée Logan Su et ses collègues examinent le potentiel de la conception inverse pour les structures optiques et nanophotoniques, ainsi que présenter et expliquer comment utiliser leur propre base de code de conception inverse.
"L'idée de la conception inverse est d'utiliser des algorithmes d'optimisation plus sophistiqués et d'automatiser la recherche d'une structure, " a expliqué Su. " Le but ultime est d'avoir un concepteur qui saisit les mesures de performance souhaitées et d'attendre simplement que l'algorithme génère le meilleur appareil possible. "
La photonique intégrée a de nombreuses applications potentielles, allant des interconnexions optiques à la détection en passant par l'informatique quantique.
Inspiré des bibliothèques d'apprentissage automatique populaires telles que TensorFlow et PyTorch, SPINS est un cadre de conception photonique qui met l'accent sur la flexibilité et les résultats reproductibles. SPINS a été utilisé en interne par le groupe pour concevoir un assortiment d'appareils, et le groupe le met à la disposition d'autres chercheurs.
"Les mathématiques derrière nos techniques d'optimisation proviennent de la communauté de l'optimisation mathématique, " dit Su. " Mais nous empruntons aussi des idées à la communauté de l'optimisation en mécanique mécanique et des fluides, où ils utilisent des méthodes d'optimisation similaires pour concevoir des structures mécaniques et des profils aérodynamiques avant leur adoption en photonique."
La conception inverse "automatise le processus de conception des éléments optiques et photoniques, " dit-il. " Traditionnellement, les appareils photoniques sont conçus à la main, dans le sens où un designer crée d'abord la forme géométrique de base des structures, comme un cercle, puis effectue quelques balayages de paramètres du rayon du cercle pour améliorer les performances de l'appareil."
Ce processus demande beaucoup de travail et a tendance à ignorer une grande classe d'appareils avec des formes plus compliquées qui ont le potentiel pour de bien meilleures performances.
« Remplacer les interconnexions électriques par des interconnexions photoniques au sein des centres de données, par exemple, pourrait permettre une augmentation de la bande passante mémoire tout en diminuant considérablement les coûts énergétiques, " dit Su.
Les réseaux de neurones photoniques promettent également des vitesses de fonctionnement plus rapides avec des besoins énergétiques inférieurs par rapport au matériel électronique, et l'optique de métasurface promet de nouvelles fonctionnalités optiques qui sont moins chères et des ordres de grandeur plus petits que leurs éléments optiques volumineux traditionnels.
"Une partie de l'obstacle à l'adoption de ces technologies est la performance des composants photoniques qui composent ce système, " a déclaré Su. " En développant une meilleure méthode d'optimisation pour la conception de ces composants photoniques, nous espérons non seulement améliorer les performances de ces technologies jusqu'à leur viabilité commerciale, mais aussi ouvrir de nouvelles possibilités pour la photonique intégrée."
