Transfer-Learning-Assisted Inverse Metasurface Design for 30% Data Savings

计算机科学 计算机工程 深度学习 反向 钥匙(锁) 学习迁移 领域(数学) 人工智能 理论计算机科学 工业工程 数学 几何学 计算机安全 工程类 纯数学
作者
Zhixiang Fan,Chao Qian,Yuetian Jia,Min Chen,Jie Zhang,Xingshuo Cui,Er‐Ping Li,Bin Zheng,Tong Cai,Hongsheng Chen
出处
期刊:Physical review applied [American Physical Society]
卷期号:18 (2) 被引量:19
标识
DOI:10.1103/physrevapplied.18.024022
摘要

Deep learning is found to be a powerful data-driven force to transform the way we discover, design, and utilize photonics and metasurfaces. More recently, there has been growing interest in deep-learning-enabled on-demand structural design, as it can ease the limitations of low efficiency, time-consuming, and experience navigation in conventional design. However, training data is a valuable source, especially for high-dimensional scatterers. It is extremely challenging and costly to keep the pace of data collection with the increasing degrees of freedom. Here, we propose a transfer-learning-assisted inverse-metasurface-design method to relieve the data dilemma. A flexible transferrable neural network composed of an encoder-decoder network and a physical assistance network is constructed, the latter of which is attached to solve the nonuniqueness problem. Starting from the 5 \ifmmode\times\else\texttimes\fi{} 5 metasurface, we successfully migrate the inverse design to a 20 \ifmmode\times\else\texttimes\fi{} 20 metasurface, with a Pearson correlation coefficient that reaches 97%. Compared with direct learning, the data requirement is reduced by over 30%. In the experiment, we validate the concept via wave-front customization. Our work constitutes a green and efficient inverse-design paradigm for fast far-field customization and provides a key advance for the next generation of large-scale intelligent metadevices.
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