AI Algorithm for Mode Classification of PCF SPR Sensor Design

算法 计算机科学 支持向量机 灵敏度(控制系统) 稳健性(进化) 优化设计 人工智能 多物理 机器学习 电子工程 工程类 有限元法 生物化学 化学 基因 结构工程
作者
Prasunika Khare,Mayank Goswami
出处
期刊:Cornell University - arXiv 被引量:4
标识
DOI:10.48550/arxiv.2107.06184
摘要

Photonic Crystal Fiber design based on surface plasmon resonance phenomenon (PCF SPR) is optimized before it is fabricated for a particular application. An artificial intelligence algorithm is evaluated here to increase the ease of the simulation process for common users. COMSOL MultiPhysics is used. The algorithm suggests best among eight standard machine learning and one deep learning model to automatically select the desired mode, chosen visually by the experts otherwise. Total seven performance indices: namely Precision, Recall, Accuracy, F1-Score, Specificity, Matthew correlation coefficient, are utilized to make the optimal decision. Robustness towards variations in sensor geometry design is also considered as an optimal parameter. Several PCF-SPR based Photonic sensor designs are tested, and a large range optimal (based on phase matching) design is proposed. For this design algorithm has selected Support Vector Machine (SVM) as the best option with an accuracy of 96%, F1-Score is 95.83%, and MCC of 92.30%. The average sensitivity of the proposed sensor design with respect to change in refractive index (1.37-1.41) is 5500 nm/RIU. Resolution is 2.0498x10^(-5) RIU^(-1). The algorithm can be integrated into commercial software as an add-on or as a module in academic codes. The proposed novel step has saved approximately 75 minutes in the overall design process. The present work is equally applicable for mode selection of sensor other than PCF-SPR sensing geometries.
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