基于拓扑优化的二维介电超表面逆向设计:金刚石-平方算法辅助的涨落-趋势分析
光学
2025-03-07 v1 计算物理
摘要
我们提出一种用于一维介电超表面的拓扑优化(TO)方法,将经典的涨落-趋势分析(FTA)与金刚石-平方算法(DSA)相结合。在经典FTA中,初始生成一对具有特定谱特征的器件分布,称为涨落(或母本)与趋势(或父本)。趋势函数的谱特性可高效定位最优解的 basin。为优化一维超表面将正入射平面波偏折至给定角度,已确认余弦类函数为最优父本轮廓,可高效定位局部极小值的 basin。然而,尚无有效方法预测能切实避免不良局部极值的父本轮廓振荡次数。自然地会想到对控制父本函数振荡次数的变量进行随机化。但随机搜索过程的主要缺陷之一在于,其与梯度法结合时,算法可能落入不良的局部极小值。本文提出的方法提升了经典FTA避免陷入不良局部最优解的可能性。这是通过将初始候选族扩展至更高质量的子代来实现的,这些子代由金刚石-平方算法(DSA)生成。如此一来,可确保最佳趋势的主要特征存储于所有子代结构的基因中。
引用
@article{arxiv.2009.10405,
title = {Inverse design of a 1D dielectric metasurface by topology optimization: fluctuations-trend analysis assisted by a diamond-square algorithm},
author = {K. Edee and M. Ben Rhouma and J. -A. Fan and M. Antezza and N. Gippius and E. Wang and J. -P. Plumey and G. Granet and B. Guizal},
journal= {arXiv preprint arXiv:2009.10405},
year = {2025}
}
备注
8 pages, 11 figures