Los investigadores de la Universidad de Stanford crearon una base de código de diseño inverso llamada SPINS que puede ayudar a los investigadores a explorar diferentes metodologías de diseño para encontrar estructuras ópticas y nanofotónicas fabricables.

En el diario Reseñas de física aplicada Logan Su y sus colegas revisan el potencial del diseño inverso para estructuras ópticas y nanofotónicas, así como presentar y explicar cómo usar su propia base de código de diseño inverso.

"La idea del diseño inverso es utilizar algoritmos de optimización más sofisticados y automatizar la búsqueda de una estructura, Su explicó:"El objetivo final es que un diseñador ingrese sus métricas de rendimiento deseadas y simplemente esperar a que el algoritmo genere el mejor dispositivo posible".

La fotónica integrada tiene muchas aplicaciones potenciales, que van desde las interconexiones ópticas hasta la detección y la computación cuántica.

Inspirado en bibliotecas populares de aprendizaje automático como TensorFlow y PyTorch, SPINS es un marco de diseño fotónico que enfatiza la flexibilidad y los resultados reproducibles. SPINS ha sido utilizado internamente por el grupo para diseñar una variedad de dispositivos, y el grupo lo pone a disposición de otros investigadores para que lo utilicen.

"Las matemáticas detrás de nuestras técnicas de optimización provienen de la comunidad de optimización matemática, "Su dijo." Pero también tomamos prestadas ideas de la comunidad de optimización en mecánica y mecánica de fluidos, donde utilizan métodos de optimización similares para diseñar estructuras mecánicas y perfiles aerodinámicos antes de su adopción en fotónica ".

El diseño inverso "automatiza el proceso de diseño de elementos ópticos y fotónicos, ", dijo." Tradicionalmente, los dispositivos fotónicos están diseñados a mano, en el sentido de que al diseñador se le ocurre primero la forma geométrica básica de las estructuras, como un círculo, y luego realiza algunos barridos de parámetros del radio del círculo para mejorar el rendimiento del dispositivo ".

Este proceso requiere mucha mano de obra y tiende a ignorar una gran clase de dispositivos con formas más complicadas que tienen el potencial de un rendimiento mucho mejor.

"Reemplazar las interconexiones eléctricas con interconexiones fotónicas dentro de los centros de datos, por ejemplo, podría permitir un aumento en el ancho de banda de la memoria mientras se reducen sustancialmente los costos de energía, "Su dijo.

Las redes neuronales fotónicas también prometen velocidades de operación más rápidas con menores requisitos de energía en comparación con el hardware electrónico. y la óptica de metasuperficie promete funcionalidades ópticas novedosas que son más baratas y órdenes de magnitud más pequeñas que sus voluminosos elementos ópticos tradicionales.

"Parte de la barrera para la adopción de estas tecnologías es el rendimiento de los componentes fotónicos que componen ese sistema, "Su dijo." Al desarrollar un mejor método de optimización para diseñar estos componentes fotónicos, Esperamos no solo mejorar el rendimiento de estas tecnologías hasta el punto de la viabilidad comercial, sino también abrir nuevas posibilidades para la fotónica integrada ".