基于UWS预测神经网络的多功能超表面逆向设计方法
作者:
作者单位:

1.哈尔滨工业大学,电子信息与工程学院,黑龙江 哈尔滨 150001;2.哈尔滨工业大学,可调谐激光技术国家重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150001;3.安徽大学 电子信息工程学院,安徽 合肥 230000

作者简介:

李 勇(1990-),男,在读博士研究生,主要研究方向为人工智能、超表面逆向设计.email:gh.yang@hit.edu.cn.
张 雨(1993-),男,博士,主要研究方向为人工智能、图像识别.
杨国辉(1980-),男,博士,教授,主要研究方向为超表面、光子器件、激光雷达、人工智能辅助算法等.
傅佳辉(1973-),男,博士,教授,主要研究方向为微波毫米波电路、天线、超常媒质、MEMS和电磁兼容.
张 狂(1984-),男,博士,教授,主要研究方向为人工电磁媒质激发机理、等效媒质及微波器件应用、光学变换理论、参数简化及微波器件应用、微波透镜激发机理、电磁特性及应用、光力机理及建模.
袁乐贻(1993-),女,博士,研究员,主要研究方向为电磁场与微波技术、电磁媒质与电磁表面、电磁场人工调控.
李迎松(1982-),男,博士,教授,主要研究方向为现代天线技术、微波工程、通信信号处理、自适应信号处理、SAR雷达.

通讯作者:

杨国辉(1980-),男,博士,教授,主要研究方向为超表面、光子器件、激光雷达、人工智能辅助算法等. email:h.yang@hit.edu.cn

基金项目:

伦理声明:



Multi-functional metasurface inverse design method based on Ultra-Wideband Spectrum prediction neural network
Author:
Ethical statement:

Affiliation:

1.a.School of Electronic and Information Engineering;2.b.National Key Laboratory of Tunable Laser Technology,;Harbin Institute of Technology,Harbin Heilongjiang 150001,China;3.School of Electronic and Information Engineering,Anhui University,Hefei Anhui 230000,China

Funding:

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    摘要:

    超表面在多个领域已展现出广泛的应用潜力。在设计超表面的过程中,需针对偏振、幅度分布、相位分布等因素进行元器件的优化,这一过程通常需要专家参与且耗时较长。本文提出一种融合神经网络高精确度超宽带频谱正向预测和遗传算法的元器件逆向设计方法。该方法能够同时预测0.5~2 THz频率范围内16×16高自由度离散网格结构的幅度和相位,其幅度预测精确度可达0.019,相位预测精确度可达4.332°,单个超表面单元的平均优化时间为1.5 min。设计并模拟了2组3 bit频率复用和极化复用的超表面,仿真结果验证了该方法的有效性。所提方法为面对复杂应用场景的元器件快速设计提供了一种新的范例,对超表面设计人员具有重要的参考价值。

    Abstract:

    Metasurfaces have demonstrated extensive application potential in multiple fields. During the design of metasurfaces, it is necessary to optimize the components based on factors such as polarization, amplitude distribution, and phase distribution. This process typically requires the involvement of experts and is time-consuming. A method is proposed for inverse design of components that integrates high-precision ultra-wideband spectral forward prediction using neural networks and genetic algorithms. This method can simultaneously predict the amplitude and phase of a 16×16 high-degree-of-freedom discrete grid structure within the frequency range of 0.5~2 THz. The amplitude prediction accuracy can reach 0.019, and the phase prediction accuracy can reach 4.332°. The average optimization time for a single metasurface unit is 1.5 min. Two sets of 3 bit frequency-multiplexed and polarization-multiplexed metasurfaces are designed and simulated, and the simulation results validate the effectiveness of the proposed method. The method provides a new paradigm for the rapid design of components facing complex application scenarios and is of significant reference value to metasurface designers.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

李勇,张雨,杨国辉,傅佳辉,张狂,袁乐贻,李迎松.基于UWS预测神经网络的多功能超表面逆向设计方法[J].太赫兹科学与电子信息学报,2025,23(6):625~630

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  • 收稿日期:2023-11-17
  • 最后修改日期:2023-12-30
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  • 在线发布日期: 2025-07-01
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