“AI+光學”碰撞出新“火花”!4月3日，中國科學院西安光機所傳來消息，該所超快光科學與技術(shù)全國重點實驗室范文慧研究員及其團隊在太赫茲超表面逆向設(shè)計領(lǐng)域取得新進展。團隊提出了一種融合物理機制分析與深度學習算法的逆向設(shè)計策略，有望據(jù)此研制出“神奇”新材料，用于通信、生物醫(yī)學成像等領(lǐng)域。

　　超表面是一種人工設(shè)計的二維超薄材料，由大量亞波長尺寸的微納結(jié)構(gòu)單元組成;太赫茲波是介于微波和紅外光之間的電磁波，具備穿透性、高分辨率、安全性高等特性。“將超表面技術(shù)應(yīng)用于太赫茲頻段，旨在突破傳統(tǒng)太赫茲器件的限制。這在無損檢測、生物醫(yī)學成像、高速通信芯片等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。”范文慧說。

　　然而，傳統(tǒng)超表面設(shè)計方法大多是正向思維，即通過不同結(jié)構(gòu)單元排列組合得到材料，再看材料能夠?qū)崿F(xiàn)何種功能。這個方法長期依賴人工經(jīng)驗與試錯策略，存在結(jié)構(gòu)設(shè)計單一、效率低、計算資源消耗大等問題。

　　范文慧介紹，近年來，隨著人工智能興起，根據(jù)目標性能倒推材料所需結(jié)構(gòu)的逆向設(shè)計方法受到廣泛重視。但是，基于深度學習的方法仍依賴于復(fù)雜算法和大量數(shù)據(jù)訓練，限制了其實際應(yīng)用。

　　“經(jīng)過反復(fù)攻關(guān)，我們提出了一種融合物理機制分析與深度學習算法的逆向設(shè)計策略，降低了對訓練數(shù)據(jù)的需求，減少了迭代次數(shù)。在減少70%數(shù)據(jù)‘投喂’的情況下，設(shè)計效率和準確性仍得到了提升。”范文慧說。該研究成果為多功能超表面的高精度逆向設(shè)計提供了有效解決方案，有望打造更多的“神奇”新材料。相關(guān)研究成果發(fā)表于光學類國際權(quán)威期刊《納米光子學》。

　　據(jù)了解，范文慧帶領(lǐng)的太赫茲光子學與表面微納智造團隊長期深耕于超寬頻譜太赫茲波產(chǎn)生與探測、超快太赫茲波譜成像與應(yīng)用、太赫茲頻段超材料與超表面功能器件等領(lǐng)域，取得了系列研究成果。

　　(記者 霍強)