Nanofotonik cihazların ultra hızlı simülasyonu ve tasarımı

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.