Deep Convolutional Mixture Density Network for Inverse Design of Layered Photonic Structures

反向 光子学 退化(生物学) 简并能级 材料科学 反问题 纳米光子学 光电子学 算法 卷积神经网络 网络规划与设计 计算机科学 人工智能 物理 数学 纳米技术 电信 量子力学 数学分析 生物 生物信息学 几何学
作者
Rohit Unni,Kan Yao,Yuebing Zheng
出处
期刊:ACS Photonics [American Chemical Society]
卷期号:7 (10): 2703-2712 被引量:76
标识
DOI:10.1021/acsphotonics.0c00630
摘要

Machine learning (ML) techniques, such as neural networks, have emerged as powerful tools for the inverse design of nanophotonic structures. However, this innovative approach suffers some limitations. A primary one is the nonuniqueness problem, which can prevent ML algorithms from properly converging because vastly different designs produce nearly identical spectra. Here, we introduce a mixture density network (MDN) approach, which models the design parameters as multimodal probability distributions instead of discrete values, allowing the algorithms to converge in cases of nonuniqueness without sacrificing degenerate solutions. We apply our MDN technique to inversely design two types of multilayer photonic structures consisting of thin films of oxides, which present a significant challenge for conventional ML algorithms due to a high degree of nonuniqueness in their optical properties. In the 10-layer case, the MDN can handle transmission spectra with high complexity and under varying illumination conditions. The 4-layer case tends to show a stronger multimodal character, with secondary modes indicating alternative solutions for a target spectrum. The shape of the distributions gives valuable information for postprocessing and about the uncertainty in the predictions, which is not available with deterministic networks. Our approach provides an effective solution to the inverse design of photonic structures and yields more optimal searches for the structures with high degeneracy and spectral complexity.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
小凯发布了新的文献求助10
刚刚
lyyy发布了新的文献求助10
1秒前
crystalgu2011发布了新的文献求助10
3秒前
猴猴相聚猩猩相惜完成签到,获得积分10
3秒前
4秒前
赘婿应助Adore采纳,获得10
4秒前
xxxxxu完成签到,获得积分10
4秒前
12312发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
5秒前
所所应助感动的念双采纳,获得10
5秒前
5秒前
自由幻波应助DRX采纳,获得10
6秒前
充电宝应助清脆戾采纳,获得10
6秒前
米奇完成签到,获得积分10
7秒前
8秒前
8秒前
vin发布了新的文献求助10
8秒前
茹雨完成签到 ,获得积分10
8秒前
8秒前
ymr发布了新的文献求助30
8秒前
666应助xuz采纳,获得10
8秒前
搜集达人应助逆风行SXDZ采纳,获得10
8秒前
9秒前
田様应助wang123采纳,获得10
9秒前
SEVEN发布了新的文献求助10
9秒前
NexusExplorer应助星许采纳,获得10
9秒前
思源应助路宇鹏采纳,获得10
9秒前
漂亮的傲柔完成签到,获得积分10
10秒前
无花果应助魏煊采纳,获得10
10秒前
10秒前
10秒前
大鼠的好朋友旺财完成签到,获得积分10
11秒前
小城楠发布了新的文献求助10
11秒前
12秒前
烟花应助原魏土豆片采纳,获得10
12秒前
13秒前
研友_VZG7GZ应助自由绮兰采纳,获得10
13秒前
lyyy完成签到,获得积分10
14秒前
14秒前
高分求助中
Markov Chain Monte Carlo 10000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Common Foundations of American and East Asian Modernisation: From Alexander Hamilton to Junichero Koizumi 5000
Advanced Weaponeering Fourth Edition, Volume 2 1000
悉尼大学博士学位论文,题目:Modelling and testing of one-sided stitched laminated composites. 作者:Kristopher P. Plain 700
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 610
Data book on fatigue strength of metallic materials 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7562007
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9142807
关于积分的说明 19547062
捐赠科研通 7150023
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3262059
关于科研通互助平台的介绍 2428443
邀请新用户注册赠送积分活动 2251481