Fast Multichannel Inverse Design through Augmented Partial Factorization

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作者
Shiyu Li,Ho-Chun Lin,Chia Wei Hsu
出处
期刊:ACS Photonics [American Chemical Society]
卷期号:11 (2): 378-384 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acsphotonics.3c00911
摘要

Computer-automated design and discovery have led to high-performance nanophotonic devices with diverse functionalities. However, massively multichannel systems such as metasurfaces controlling many incident angles and photonic-circuit components coupling many waveguide modes still present a challenge. Conventional methods require Min forward simulations and Min adjoint simulations─2Min simulations in total─to compute the objective function and its gradient for a design involving the response to Min input channels. Here, we develop a formalism that uses the recently proposed augmented partial factorization method to obtain both the objective function and its gradient for a massively multichannel system in a single or a few simulations, achieving over 2 orders of magnitude speedup and reduced memory usage. We use this method to inverse design a metasurface beam splitter that separates the incident light to the target diffraction orders for all incident angles of interest, a key component of the dot projector for 3D sensing. This formalism enables efficient inverse design for a wide range of multichannel optical systems.
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