“AI+光学”碰撞出新“火花”！4月3日，中国科学院西安光机所传来消息，该所超快光科学与技术全国重点实验室范文慧研究员及其团队在太赫兹超表面逆向设计领域取得新进展。团队提出了一种融合物理机制分析与深度学习算法的逆向设计策略，有望据此研制出“神奇”新材料，用于通信、生物医学成像等领域。

超表面是一种人工设计的二维超薄材料，由大量亚波长尺寸的微纳结构单元组成；太赫兹波是介于微波和红外光之间的电磁波，具备穿透性、高分辨率、安全性高等特性。“将超表面技术应用于太赫兹频段，旨在突破传统太赫兹器件的限制。这在无损检测、生物医学成像、高速通信芯片等领域应用前景广阔。”范文慧说。

然而，传统超表面设计方法大多是正向思维，即通过不同结构单元排列组合得到材料，再看材料能够实现何种功能。这个方法长期依赖人工经验与试错策略，存在结构设计单一、效率低、计算资源消耗大等问题。

范文慧介绍，近年来，随着人工智能兴起，根据目标性能倒推材料所需结构的逆向设计方法受到广泛重视。但是，基于深度学习的方法仍依赖于复杂算法和大量数据训练，限制了其实际应用。

“经过反复攻关，我们提出了一种融合物理机制分析与深度学习算法的逆向设计策略，降低了对训练数据的需求，减少了迭代次数。在减少70%数据‘投喂’的情况下，设计效率和准确性仍得到了提升。”范文慧说。该研究成果为多功能超表面的高精度逆向设计提供了有效解决方案，有望打造更多的“神奇”新材料。相关研究成果发表于光学类国际权威期刊《纳米光子学》。

据了解，范文慧带领的太赫兹光子学与表面微纳智造团队长期深耕于超宽频谱太赫兹波产生与探测、超快太赫兹波谱成像与应用、太赫兹频段超材料与超表面功能器件等领域，取得了系列研究成果。