Open-source computational photonics con optimización de topología auto diferenciable
Autores: Vial, Benjamin; Hao, Yang
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Matemáticas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 16
Citaciones: Sin citaciones
En los últimos años, los avances tecnológicos en nanofabricación han abierto nuevas aplicaciones en el campo de la nanofotónica. Para diseñar y desarrollar nuevas funcionalidades, se requieren métodos numéricos rigurosos y eficientes. Paralelamente, los enormes avances en diferenciación algorítmica, en parte impulsados por el intenso desarrollo de aprendizaje automático e inteligencia artificial, han hecho posible la optimización a gran escala de dispositivos con algunas modificaciones adicionales en el código subyacente. Presentamos aquí nuestro desarrollo de tres diferentes bibliotecas de software para resolver las ecuaciones de Maxwell en varios contextos: un código de elementos finitos con una interfaz de alto nivel para problemas comúnmente encontrados en la fotónica, una implementación del método modal de Fourier para metasuperficies bi-periódicas multicapa y un método de expansión de onda plana para el cálculo de diagramas de bandas en cristales fotónicos bidimensionales. Todos ellos cuentan con capacidades de diferenciación automática y presentamos ejemplos típicos de diseño inverso.
Descripción
En los últimos años, los avances tecnológicos en nanofabricación han abierto nuevas aplicaciones en el campo de la nanofotónica. Para diseñar y desarrollar nuevas funcionalidades, se requieren métodos numéricos rigurosos y eficientes. Paralelamente, los enormes avances en diferenciación algorítmica, en parte impulsados por el intenso desarrollo de aprendizaje automático e inteligencia artificial, han hecho posible la optimización a gran escala de dispositivos con algunas modificaciones adicionales en el código subyacente. Presentamos aquí nuestro desarrollo de tres diferentes bibliotecas de software para resolver las ecuaciones de Maxwell en varios contextos: un código de elementos finitos con una interfaz de alto nivel para problemas comúnmente encontrados en la fotónica, una implementación del método modal de Fourier para metasuperficies bi-periódicas multicapa y un método de expansión de onda plana para el cálculo de diagramas de bandas en cristales fotónicos bidimensionales. Todos ellos cuentan con capacidades de diferenciación automática y presentamos ejemplos típicos de diseño inverso.