“AI+光學(xué)”碰撞出新“火花”!4月3日，中國科學(xué)院西安光機(jī)所傳來消息，該所超快光科學(xué)與技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室范文慧研究員及其團(tuán)隊(duì)在太赫茲超表面逆向設(shè)計(jì)領(lǐng)域取得新進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)提出了一種融合物理機(jī)制分析與深度學(xué)習(xí)算法的逆向設(shè)計(jì)策略，有望據(jù)此研制出“神奇”新材料，用于通信、生物醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域。

　　超表面是一種人工設(shè)計(jì)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(xué)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(jì)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(gè)方法長期依賴人工經(jīng)驗(yàn)與試錯策略，存在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單一、效率低、計(jì)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(biāo)性能倒推材料所需結(jié)構(gòu)的逆向設(shè)計(jì)方法受到廣泛重視。但是，基于深度學(xué)習(xí)的方法仍依賴于復(fù)雜算法和大量數(shù)據(jù)訓(xùn)練，限制了其實(shí)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(jī)制分析與深度學(xué)習(xí)算法的逆向設(shè)計(jì)策略，降低了對訓(xùn)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(jì)效率和準(zhǔn)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(jì)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(xué)類國際權(quán)威期刊《納米光子學(xué)》。

　　據(jù)了解，范文慧帶領(lǐng)的太赫茲光子學(xué)與表面微納智造團(tuán)隊(duì)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(qiáng))