p Os pesquisadores da Universidade de Stanford criaram uma base de código de design inverso chamada SPINS, que pode ajudar os pesquisadores a explorar diferentes metodologias de design para encontrar estruturas ópticas e nanofotônicas fabricáveis. p No jornal Avaliações de Física Aplicada Logan Su e colegas analisam o potencial do design inverso para estruturas ópticas e nanofotônicas, além de apresentar e explicar como usar sua própria base de código de design inverso.

p "A ideia do projeto inverso é usar algoritmos de otimização mais sofisticados e automatizar a busca por uma estrutura, "Su explicou." O objetivo final é que um designer insira suas métricas de desempenho desejadas e simplesmente espere que o algoritmo gere o melhor dispositivo possível.

p A fotônica integrada tem muitas aplicações potenciais, variando de interconexões ópticas a detecção e computação quântica.

p Inspirado por bibliotecas de aprendizado de máquina populares, como TensorFlow e PyTorch, SPINS é uma estrutura de design fotônico que enfatiza a flexibilidade e resultados reproduzíveis. O SPINS foi usado internamente pelo grupo para projetar uma variedade de dispositivos, e o grupo está disponibilizando para uso de outros pesquisadores.

p "A matemática por trás de nossas técnicas de otimização vem da comunidade de otimização matemática, "Su disse." Mas também pegamos emprestado ideias da comunidade de otimização em mecânica e mecânica de fluidos, onde eles usam métodos de otimização semelhantes para projetar estruturas mecânicas e aerofólios antes de sua adoção na fotônica. "

p Design inverso "automatiza o processo de design para elementos ópticos e fotônicos, "disse ele." Tradicionalmente, dispositivos fotônicos são projetados à mão, no sentido de que um designer primeiro apresenta a forma geométrica básica das estruturas, como um círculo, e, em seguida, executa algumas varreduras de parâmetro do raio do círculo para melhorar o desempenho do dispositivo. "

p Esse processo é trabalhoso e tende a ignorar uma grande classe de dispositivos com formatos mais complicados que têm potencial para um desempenho muito melhor.

p "Substituindo interconexões elétricas por interconexões fotônicas em data centers, por exemplo, pode permitir um aumento na largura de banda da memória enquanto diminui substancialmente os custos de energia, "Su disse.

p As redes neurais fotônicas também prometem velocidades de operação mais rápidas com menores requisitos de energia em comparação com o hardware eletrônico, e as ópticas de meta-superfície prometem novas funcionalidades ópticas que são mais baratas e ordens de magnitude menores do que seus tradicionais elementos ópticos volumosos.

p “Parte da barreira para a adoção dessas tecnologias é o desempenho dos componentes fotônicos que compõem esse sistema, "Su disse." Ao desenvolver um método de otimização melhor para projetar esses componentes fotônicos, esperamos não apenas melhorar o desempenho dessas tecnologias até o ponto de viabilidade comercial, mas também abrir novas possibilidades para a fotônica integrada. "