Learning the Physics of All‐Dielectric Metamaterials with Deep Lorentz Neural Networks

物理 洛伦兹变换 因果关系(物理学) 人工神经网络 介电常数 深层神经网络 统计物理学 超材料 电介质 理论物理学 量子力学 计算机科学 人工智能
作者
Omar Khatib,Simiao Ren,Jordan M. Malof,Willie J. Padilla
出处
期刊:Advanced Optical Materials [Wiley]
卷期号:10 (13) 被引量:50
标识
DOI:10.1002/adom.202200097
摘要

Abstract Deep neural networks (DNNs) have shown marked achievements across numerous research and commercial settings. Part of their success is due to their ability to “learn” internal representations of the input ( x ) that are ideal to attain an accurate approximation () of some unknown function ( f ) that is, y = f ( x ). Despite their universal approximation capability, a drawback of DNNs is that they are black boxes, and it is unknown how or why they work. Thus, the physics discovered by the DNN remains hidden. Here, the condition of causality is enforced through a Lorentz layer incorporated within a deep neural network. This Lorentz NN (LNN) takes in the geometry of an all‐dielectric metasurface, and outputs the causal frequency‐dependent permittivity and permeability . Additionally, this LNN gives the spatial dispersion ( k ) inherent in the effective material parameters, as well as the Lorentz terms, which constitute both and . The ability of the LNN to learn metasurface physics is demonstrated through several examples, and the results are compared to theory and simulations.
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