Neural Network‐Assisted End‐to‐End Inverse Design for Polarimetric Microspectrometer

端到端原则 反向 人工神经网络 端铣 计算机科学 数学 工程类 人工智能 机械工程 几何学 机械加工
作者
Ting Ma,Xianjin Liu,Qiwen Bao,Bolun Zhang,Jun‐Jun Xiao
出处
期刊:Advanced materials and technologies [Wiley]
标识
DOI:10.1002/admt.202401999
摘要

Abstract Metasurfaces represent a cutting‐edge platform for the miniaturization of spectral and polarimetric sensing applications. However, achieving multi‐channel control has been a significant challenge for conventional design methodologies. This work introduces an end‐to‐end multi‐channel inverse design framework capable of directly optimizing metasurface geometry for precise optical field manipulation. A cascaded metasurface system can be conceptualized as an optical diffractive neural network. By developing a deep neural network that correlates the optical response of meta‐atoms with their structural properties, a differentiable pipeline is established to drive metasurface designs toward multi‐functional requirements. Leveraging this approach, a polarization‐independent microspectrometer is designed, which is unaffected by the polarization state of incident light and theoretically has a spectral resolution down to 2 nanometers across the visible spectrum. Furthermore, a polarization‐dependent microspectrometer is demonstrated to simultaneously capture both spectral and polarization information from a single exposure. This device maintains the same high spectral resolution and also provides precise determination of the polarization angle. Such polarization‐sensitive microspectrometer has potential applications in the detection of chiral substances. The results will accelerate the progress of meta‐optics, with implications for spectro‐polarimetric detection, multi‐target holographic displays, parallel optical information processing, and optical computing.
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