Phase-to-pattern inverse design paradigm for fast realization of functional metasurfaces via transfer learning

实现(概率) 计算机科学 反向 相(物质) 反射(计算机编程) 自由度(物理和化学) 反问题 电子工程 物理 数学 工程类 数学分析 统计 几何学 量子力学 程序设计语言
作者
Ruichao Zhu,Tianshuo Qiu,Jiafu Wang,Sai Sui,Chenglong Hao,Tonghao Liu,Yongfeng Li,Mingde Feng,Anxue Zhang,Cheng‐Wei Qiu,Shaobo Qu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1) 被引量:188
标识
DOI:10.1038/s41467-021-23087-y
摘要

Abstract Metasurfaces have provided unprecedented freedom for manipulating electromagnetic waves. In metasurface design, massive meta-atoms have to be optimized to produce the desired phase profiles, which is time-consuming and sometimes prohibitive. In this paper, we propose a fast accurate inverse method of designing functional metasurfaces based on transfer learning, which can generate metasurface patterns monolithically from input phase profiles for specific functions. A transfer learning network based on GoogLeNet-Inception-V3 can predict the phases of 2 8×8 meta-atoms with an accuracy of around 90%. This method is validated via functional metasurface design using the trained network. Metasurface patterns are generated monolithically for achieving two typical functionals, 2D focusing and abnormal reflection. Both simulation and experiment verify the high design accuracy. This method provides an inverse design paradigm for fast functional metasurface design, and can be readily used to establish a meta-atom library with full phase span.

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