用于时间微分的多层超材料神经网络设计
光学
2023-10-16 v2 应用物理
摘要
利用超材料(MTM)控制波与物质的相互作用以进行数学运算，因其能大幅提升计算处理速度，已成为模拟计算的重要范式。在此，受对时间信号执行数学运算重要性的驱动，我们提出、设计并研究了具有计算入射调制时间信号导数能力的多层 MTM，作为信号处理中重要计算过程的示例。为此，我们利用基于神经网络(NN)的算法来设计多层结构（氧化铟锡(ITO)与二氧化钛(TiO2)交替层），该结构可在电信波长（调制波长 1550 nm）下计算入射电磁信号包络的一阶时间导数。使用包括调制高斯函数及调制任意函数在内的多种入射时间信号给出了不同设计，显示出预测结果(NN 结果)与理论（理想）值之间高度一致。结果表明，对于所有设计，所提出的基于 NN 的算法仅需数秒即可完成对多层 MTM 层厚设计空间的搜索，且将预测结果与理想时间导数的理论谱比较时，均方误差低至 10^-4 量级或以下。
引用
@article{arxiv.2207.07556,
title = {Neural network design of multilayer metamaterial for temporal differentiation},
author = {Tony Knightley and Alex Yakovlev and Victor Pacheco-Peña},
journal= {arXiv preprint arXiv:2207.07556},
year = {2023}
}
备注
4 Figures, 17 pages