界限即蓝图：面向最优与加速光子逆设计

我们对纳米规模结构化材料的能力，以及持续的进展，正在推动关键的光学控制突破。为了实现最优光子设计，两个互补的前沿取得了显著进展：底向结构优化（逆设计）发现复杂高性能结构，但无法保证最优性；顶向场优化（凸度松弛）揭示基本性能极限，但无法保证满足极限的结构存在。我们通过引入一种“verlan”初始化方法，将凸度松弛中编码的局部和全局波信息，用于引导逆设计朝向更高性能的结构。我们通过 Purcell 增益这一具有挑战性的问题进行了演示，即最大化靠近光子结构的微小发射器提取的功率，其中不良条件化和竞争性局部极值的存在导致逆 adjoint 优化产生亚最优设计。通过我们的 verlan 方法发现的结构比标准（随机）初始化方法性能提升约一个数量级，并在基本性能极限的因数为二的范围内逼近，凸显了显著未开发性能提升的可能性。