Полупроводниковые метаповерхности для анализа изображений и аналоговых оптических вычислений

В рамках данного проекта будут решены две основные задачи. Первая задача заключается в создании и комплексном исследовании полупроводниковых метаповерхностей с заданным амплитудным и фазовым профилем для корреляционного анализа изображений в Фурье-плоскости оптической системы. Вторая связана с разработкой на основе субволновых массивов резонансных полупроводниковых наночастиц – метаповерхностей – фазово-амплитудных масок для реализации дифракционной нейронной сети, работающей с излучением оптического диапазона. Для достижения целей проекта будут решены следующие подзадачи: (1) Будет проведен расчет оптимальных геометрических параметров нанодисков из кремния в диэлектрической матрице для наиболее эффективного возбуждения в них дипольных Ми-резонансов в ближнем ИК диапазоне (800-1000 нм), а также подобраны оптимальные параметры метаповерхностей на их основе для создания амплитудных и фазовых масок, реализующих профиль опорных изображений для корреляционного анализа. (2) На основе полученных оптимальных результатов будут изготовлены серии образцов оптических наноструктур для дальнейшего экспериментального исследования. (3) Будет проведена характеризация геометрии полученных структур методами растровой электронной и атомно-силовой микроскопии. (4) Будет проведено экспериментальное исследование оптического отклика образцов метаповерхностей в качестве опорной маски для корреляционного анализа изображений и продемонстрирована возможность распознавания искомого объекта на произвольном изображении. (5) С помощью метода обратного распространения ошибки будут получены фазовые и амплитудные профили слоев дифракционной нейронной сети для классификации изображений. (6) С помощью численного моделирования будут подобраны оптимальные геометрические параметры метаповерхностей, реализующих полученные фазовые и амплитудные профили для слоев дифракционной нейронной сети. (7) Численно будет продемонстрирована возможность классификации объектов с помощью полученной структуры из стека метаповерхностей. (8) Будет отработан и оптимизирован метод создания многослойных метаповерхностей на примере двухслойной системы с заданным амплитудно-фазовым профилем.