摘要：等离激元产生于光与金属纳米结构的相互作用,其共振特性已成为纳米光子学领域的一个研究重点,基于可调谐等离子体共振的金属纳米结构光开关受到广泛关注。与此同时,如何设计高性能的纳米开关结构也成为一个重要的研究方向,深度学习方法在纳米光子结构的逆设计中展现出强大的应用潜力,可以高效利用巨大的参数空间。本文利用神经网络近似金属纳米结构的光学响应,并通过反向传播来实现纳米结构的逆设计,分析了光栅光开关的性能优势,并对未来研究方向进行了展望。

摘要：使用物理启发的神经网络方法求解物理逆问题正成为一种趋势,但仅通过损失函数引入物理信息的方案难以求解.为解决电磁器件逆设计中物理启发神经网络模型不易收敛的问题,本文引出了深度物理启发神经网络.深度物理启发神经网络使用偏微分方程的基本解构成的网络替代传统的前馈神经网络,将数学物理模型嵌入网络结构.这一特点使深度物理启发网络的训练参数具有实际物理意义,相较传统物理启发神经网络拥有更简洁的损失函数,计算效率和稳定性也有明显提升.以二端口波导的散射参数设计为例,数值实验结果表明该方案在保证与设计目标相关性系数大于0.99的同时,最快可在25 s实现器件逆设计,且能够获得多样化的结构设计结果.本文提出的方法为逆物理问题求解构建及神经网络的物理信息嵌入探索提供了新思路.

摘要：为应对照明建筑设计集成新趋势下的质量提升、氛围塑造、节能优化的多元照明设计目标,引入了生成式设计手段,创建了用于照明逆设计的数学模型及启发式算法.数学模型以工作面照度和空间亮度系数(Feu)2项指标调控环境的视觉质量和照明氛围,照明功率密度(LPD)指标调控照明节能;启发式算法对描述光通量、灯具的横向/纵向间距、地面/墙面平均反射率的5维决策变量进行优化,获取最优方案.为确定最佳算法,基于Python算法库scikit-opt将遗传算法(GA)、差分进化算法(DE)、粒子群算法(PSO)、人工鱼群算法(AFSA)用于数学模型的优化,并以1个逆设计函数、4个数学测试函数为测试基准,比较算法的准确性、稳定性、计算效率3类效能.根据比较结果,创建了用于逆设计的多策略算法(inversedesign multi-strategy algorithm,IDMSA),其特点包括:(1)根据运行阶段和寻优状态决定个体执行DE还是AFSA的寻优操作;(2)基于冯·诺依曼邻域执行AFSA的聚群和追尾行为;(3)采用自适应步长.用提升寻优难度的测试基准验证算法效能.结果表明:IDMSA表现出最好的准确性和稳定性,计算效率优于AFSA和DE;使用逆设计数学模型和IDMSA算法可有效实现工作面照度-Feu-LPD的联合优化,生成方案的工作面照度和Feu与参考值的偏差小于5%,统一眩光值(UGR)和照度均匀度符合规范要求;IDMSA所得方案的LPD比DE低2.6%,比PSO低6.1%,节能效果更优.

摘要：模式转换器是实现模分复用技术(MDM)的关键部件。基于伴随法对器件边缘进行智能优化,从而在绝缘体上硅(SOI)平台上设计了高性能TE0-TE1模式转换器。经仿真验证,在中心波长1550 nm处,模式转换效率达99.6%,消光比达31.2 dB,而损耗仅为0.01 dB。在1500~1600 nm带宽范围内,TE0-TE1的转换效率保持在96.6%以上,消光比保持在15.7 dB以上,而损耗保持在0.14 dB以下。当器件尺寸变化在±20 nm以内时,器件在1550 nm处的转换效率保持在97.2%以上,消光比保持在16.5 dB以上,插入损耗维持在0.12 dB以下。在片上设计了TE1模式的测试装置,并利用商业流片对转换器进行制备。实验结果表明,在60 nm的带宽范围内,TE0-TE1转换器的转换效率保持在90%以上,插入损耗维持在0.4 dB以下。因此,所提出的转换器具有高转换效率、宽带宽、低插入损耗和高制作容差等特点,为高性能片上模式转换器的高效设计提供了新思路。

摘要：针对光栅垂直耦合器耦合效率低,仿真耗时长的问题,搭建了具有多层异质结构的逆设计仿真平台。将以逆设计功能为导向的思想及高性能计算的优势相结合,只需构建初始结构和设定目标功能,即可利用凸优化算法设计具有复杂多层异质结构的微纳光子器件。基于此平台,设计并实现了高性能垂直耦合器。此外,利用Al反射镜可极大地提高该垂直耦合器的耦合效率。仿真结果表明,该新型垂直耦合器在1550 nm处的耦合效率为88.42%(没有加Al反射镜时,耦合效率为32.45%),3 dB带宽为103 nm(1500~1603 nm)且具有良好的带宽特性和低损耗特性。

摘要：为使机床精度设计有定量的理论数值供参考，依据线性空间集合与映射的数学理论，以多体系统误差建模理论为基础，建立了机床几何误差综合作用时的产品加工质量近似模型。运用蒙特卡罗法对满足加工精度要求的产品进行关键参数数据抽样，从而依据近似模型逆向推导数控机床各轴几何精度。以螺旋锥齿轮铣齿机各轴精度逆设计为例，近似模型以显式的方式揭示了机床几何误差和齿面加工误差间的定量关系，可有效地依据齿轮精度要求逆向推导机床各轴几何精度。

摘要：光与纳米结构的相互作用一直是纳米光子学的重要研究内容之一,核心部件的纳米结构对光子器件的功能和性能具有决定性作用。纳米光子器件的设计存在两种思路:一是从物理原理出发的直观设计;二是根据所需光学响应探索最优结构的逆设计。近年来,逆设计在纳米器件中取得了一系列重要进展,尤其是最近将深度学习方法引入进来,开启了高性能纳米光子器件智能高效设计的新篇章。文章围绕纳米光子器件智能逆设计方法,分析归纳了这一新兴研究方向的产生背景、重要进展和典型应用,对智能逆设计面临的挑战及未来发展方向进行了展望。

摘要：在理论分析和实际测试容栅传感器的基础上,改进了以往的等效电路;采用谱分析方法对容栅传感器的激励信号、传递函数和输出电压进行了研究,确定其最佳形式,并根据传感器逆设计方法,给出了传感器的新型电极.

摘要：本文以梁元结构为例,推导满足结构静、动力特性的结构逆设计计算方法。

摘要：在建立了悬臂梁上粘贴压电陶瓷片实现振动控制的动力学方程的基础上 ,研究了一种逆优化设计作动器 传感器的数目和位置的方法 :用压电陶瓷作为自传感作动器 ,以悬臂梁的振动控制为研究对象 ,要求振动控制系统具有一定的模态阻尼比 ,并以作动器控制力最小为目标函数 ,优化设计作动器 传感器的数目和位置 .