Ultra-fast simulation and design of nanophotonic devices
Nanofotonik cihazların ultra hızlı simülasyonu ve tasarımı
- Tez No: 904965
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ EMİR SALİH MAĞDEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 69
Özet
Bu tez, nanofotonik cihazların ultra hızlı simülasyonu ve tasarımı için gelişmiş metodolojileri incelemekte ve ters tasarım süreçlerinin verimliliği ve doğruluğuna vurgu yapmaktadır. Çalışma, nanofotonik bileşenlerin üretim uyumluluğunu ve performansını optimize eden çok ölçekli hiyerarşik bir ters tasarım yaklaşımı sunmaktadır. Bu tezde önemli bir katkı, ters tasarımın gradyan hesaplama aşamasındaki hesaplama yükünü önemli ölçüde azaltan ve genel optimizasyon sürecini hızlandıran faktorizasyon önbellekleme yönteminin geliştirilmesidir. Bu yöntem, fiziksel doğruluğu koruyarak iki boyutlu FDFD simülasyonları için özellikle etkili olup, önemli zaman tasarrufu sağlamaktadır. Ayrıca, nanofotonik simülasyonlarda derin öğrenme tekniklerinin entegrasyonu incelenmektedir. Fizik temelli hedef fonksiyonlarıyla eğitilmiş iki aşamalı bir model sunulmakta olup, bu model geleneksel üç boyutlu FDTD yöntemlerinden 3408 kat daha hızlı simülasyon hızlarına ulaşmaktadır. Bu model, çeşitli cihaz geometrileri ve boyutları arasında yüksek güvenilirlikte simülasyon sonuçları sağlamakta ve sağlamlığını korumaktadır. Bu tezde detaylandırılan yöntemler, fotonik cihaz tasarımının hesaplama verimliliğini artırmakla kalmayıp, aynı zamanda yenilikçi ve pratik nanofotonik cihazların geliştirilmesine olanak tanıyan uygun tasarım alanını genişletmektedir.
Özet (Çeviri)
This thesis explores advanced methodologies for the ultra-fast simulation and design of nanophotonic devices, emphasizing the efficiency and accuracy of inverse design processes. The study introduces a multi-scale hierarchical inverse design approach that optimizes the fabrication compatibility and performance of nanophotonic components. A significant contribution is the development of a factorization caching method that dramatically reduces computational overhead in the gradient computation phase of inverse design, thereby accelerating the overall optimization process. This method proves particularly effective for two-dimensional finite-difference frequency-domain (FDFD) simulations, offering substantial time savings without compromising physical accuracy. Furthermore, the integration of deep learning techniques into nanophotonic simulations is examined. A dual-stage model trained with physics-based losses is presented, achieving simulation speeds up to 3408 times faster than traditional three-dimensional finite-difference time-domain (FDTD) methods. This model ensures high fidelity in the simulation results, maintaining robustness across various device geometries and sizes. The advancements detailed in this thesis not only enhance the computational efficiency of photonic device design but also expand the feasible design space, paving the way for the development of innovative and practical nanophotonic devices.
Benzer Tezler
- Geniş bantlı yama anten tasarımı
Wideband microstrip patch antenna
ULAŞ KESKİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik Üniversitesiİletişim Sistemleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MESUT KARTAL
- The design and development of novel ultra-wide band (UWB) antenna and filter units for RF front-end applications
RF ön uç uygulamaları için özgün, çok geniş bandlı anten ve filtre tasarımı ve geliştirilmesi
MUSTAFA İLARSLAN
Doktora
İngilizce
2014
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HAMİD TORPİ
YRD. DOÇ. DR. SALİH DEMİREL
- Improving machine tool design trough novel analytical and numeric methods
Başlık çevirisi yok
ESRA YÜKSEL
- Design of an ultrawide band microstrip amplifier using 3D Sonnet based SVRM with particle swarm optimization
Bir ultra-geniş bandlı mikroşerit kuvvetlendiricisinin 3-D Sonnet tabanlı DVRM kullanılarak parçacık sürü optimizasyonu ile tasarımı
AHMET KENAN KESKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ GÜNEŞ
- Meme kanserinin erken tespiti için radar tabanlı mikrodalga görüntüleme sistemi tasarlanması ve gerçekleştirilmesi
Design and realizing of a radar based microwave imaging system for early detection of breast cancer
HÜSEYİN ÖZMEN
Doktora
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiDicle ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUHAMMED BAHADDİN KURT