Inverse design of unparametrized nanostructures by generating images from spectra

计算机科学 一般化 人工神经网络 参数统计 纳米结构 人工智能 集合(抽象数据类型) 像素 反问题 算法 机器学习 数学 材料科学 纳米技术 数学分析 统计 程序设计语言
作者
Itzik Malkiel,Michael Mrejen,Lior Wolf,Haim Suchowski
出处
期刊:Optics Letters [Optica Publishing Group]
卷期号:46 (9): 2087-2087 被引量:8
标识
DOI:10.1364/ol.415553
摘要

Recently, there has been an increasing number of studies applying machine learning techniques for the design of nanostructures. Most of these studies train a deep neural network (DNN) to approximate the highly nonlinear function of the underlying physical mapping between spectra and nanostructures. At the end of training, the DNN allows an on-demand design of nanostructures, i.e., the model can infer nanostructure geometries for desired spectra. While these approaches have presented a new paradigm, they are limited in the complexity of the structures proposed, often bound to parametric geometries. Here we introduce spectra2pix, which is a DNN trained to generate 2D images of the target nanostructures. By predicting an image, our model architecture is not limited to a closed set of nanostructure shapes, and can be trained for the design of a much wider space of geometries. We show, for the first time, to the best of our knowledge, a successful generalization ability, by designing completely unseen shapes of geometries. We attribute the successful generalization to the ability of a pixel-wise architecture to learn local properties of the meta-material, therefore mimicking faithfully the underlying physical process. Importantly, beyond synthetical data, we show our model generalization capability on real experimental data.
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