[發明專利]一種寬頻光學器件的逆設計方法

在審

• 申請號: 202210303479.0
• 申請日: 2022-03-24
• 公開（公告）號: CN114861520A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 甘峰源;藍盾;李偉;楊雪雷;周易
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/04;G06N3/08;G02F1/35
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 楊怡清

1.一種寬頻光學器件的逆設計方法，其特征在于，其適用于逆設計寬頻且超表面的目標光學器件，包括：

步驟S1：利用電磁仿真軟件批量計算數萬組結構基元的向量相位分布的樣本庫；

步驟S2：搭建改進版的生成對抗網絡，所述生成對抗網絡的由生成器和判別器組成；

步驟S3：利用樣本庫來訓練生成對抗網絡；

步驟S4：由智能算法確定目標光學器件的各個位置的目標向量相位分布；

步驟S5：利用生成器生成各個位置的目標向量相位分布所對應的結構基元，然后將各個位置的結構基元組合，得到目標光學器件的超表面結構。

2.根據權利要求1所述的寬頻光學器件的逆設計方法，其特征在于，所述生成器由至少3層轉置卷積層組成，所述判別器由至少3層卷積層組成。

3.根據權利要求1所述的寬頻光學器件的逆設計方法，其特征在于，所述樣本庫中的每個樣本均包括結構基元及其對應的透射振幅和向量相位分布，所述樣本庫中的結構基元所對應的透射振幅和向量相位分布利用電磁仿真軟件計算得到。

4.根據權利要求1所述的寬頻光學器件的逆設計方法，其特征在于，所述結構基元通過選定多種不同形狀的基本類型，通過改變基本類型的結構參數來得到。

5.根據權利要求1所述的寬頻光學器件的逆設計方法，其特征在于，所述生成對抗網絡為WGAN-GP。

6.根據權利要求5所述的寬頻光學器件的逆設計方法，其特征在于，所述步驟S3包括：

步驟S31：將樣本庫中的結構基元的向量相位分布作為生成對抗網絡的生成器的輸入，利用生成器生成虛假樣本；

步驟S32：將虛假樣本和真實樣本作為判別器的輸入，利用判別器計算虛假樣本和真實樣本的分布之間的Wasserstein距離，所述Wasserstein距離用于區分樣本的真假；

步驟S33：利用優化算法對生成對抗網絡的生成器和判別器進行新一輪優化訓練并回到步驟S31，直到生成器的損失函數減小至目標值。

7.根據權利要求6所述的寬頻光學器件的逆設計方法，其特征在于，所述優化算法采用Adam或SGD算法。

8.根據權利要求6所述的寬頻光學器件的逆設計方法，其特征在于，在進行判別器的優化訓練時，引入梯度懲罰機制，所述梯度懲罰機制包括：在判別器的損失函數中加入梯度懲罰項。

9.根據權利要求1所述的寬頻光學器件的逆設計方法，其特征在于，所述智能算法采用粒子群算法或遺傳算法，通過求解不同波長下的相位分布方程的色差校正因子c(λ)，來優化得到目標光學器件的各個位置的目標向量相位分布。

10.根據權利要求1所述的寬頻光學器件的逆設計方法，其特征在于，所述目標光學器件的功能包括成像透鏡、光束偏折器和矢量光束發生器。