一、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)入門 +手寫體識別（理論+實(shí)操）
? MNIST數(shù)據(jù)集
? 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
? 模型訓(xùn)練
? 輸出結(jié)果
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[tr][/tr]二、一維卷積自編碼器構(gòu)建濾波器電磁仿真模型的替代模型（理論+實(shí)操）
理論內(nèi)容：（1D-CAE 模型構(gòu)建、樣本數(shù)據(jù)的獲取、1D-CAE 模型搭建、1D-CAE 模型的評估方法）
實(shí)例操作：
? 基于1D-CAE 模型和PSO 算法的六階陶瓷介質(zhì)濾波器設(shè)計
? 基于1D-CAE 模型和PSO 算法的八階陶瓷介質(zhì)濾波器設(shè)計
? 基于1D-CAE 模型和PSO 算法的SLSL耦合器設(shè)計
? 基于1D-CAE 模型和PSO 算法的D-CRLH 濾波器設(shè)計
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三、基于隨機(jī)森林算法確定待優(yōu)化設(shè)計參數(shù)的優(yōu)化權(quán)重（理論+實(shí)操）
理論內(nèi)容：（算法框架 、數(shù)據(jù)處理 、算法實(shí)現(xiàn) 、評估方法 ）
實(shí)例操作：
? 雙模介質(zhì)濾波器的幾何參數(shù)權(quán)重預(yù)測
? 八階腔體濾波器的幾何參數(shù)權(quán)重預(yù)測
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四、基于指標(biāo)區(qū)間法的 PSO 算法階段式智能優(yōu)化算法（理論+實(shí)操）
理論內(nèi)容：（算法框架與實(shí)驗(yàn)設(shè)置、改進(jìn)的PSO指標(biāo)區(qū)間法 、代理模型的搭建及訓(xùn)練、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取 、實(shí)驗(yàn)環(huán)境）
實(shí)例操作：
? 四階腔體濾波器的算法優(yōu)化
? 八階腔體濾波器的算法優(yōu)化
? 六階腔體濾波器的算法優(yōu)化
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五、基于自適應(yīng)更新代理模型輔助 PSO 優(yōu)化算法（理論+實(shí)操）
理論內(nèi)容：（算法框架與實(shí)驗(yàn)設(shè)置、基于在線數(shù)據(jù)驅(qū)動的代理模型自適應(yīng)更新、代理模型的搭建及訓(xùn)練、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取、實(shí)驗(yàn)環(huán)境）
實(shí)例操作：
? 雙模介質(zhì)濾波器算法優(yōu)化
? 六階介質(zhì)濾波器的算法優(yōu)化
? 四階腔體濾波器的算法優(yōu)化
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六、基于1D-CNN提取耦合矩陣的濾波器設(shè)計方法（理論+實(shí)操）
理論內(nèi)容：（基于1D-CNN 模型的耦合矩陣提取方法、數(shù)據(jù)生成及處理、1D-CNN 模型構(gòu)建、網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練與優(yōu)化、相位加載效應(yīng)的消除）
實(shí)例操作：
? 四階腔體濾波器的設(shè)計實(shí)例
? 六階腔體濾波器的設(shè)計實(shí)例
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七、matlab實(shí)現(xiàn)矢量擬合法（理論+實(shí)操）
理論內(nèi)容：（數(shù)據(jù)文件與介紹、矢量擬合原理與程序函數(shù)調(diào)用、matlab實(shí)現(xiàn)矢量擬合法步驟）
實(shí)例操作：根據(jù)頻率響應(yīng)實(shí)現(xiàn)矢量擬合、矩陣擬合等
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八、基于代理模型輔助MOEA/D的微波濾波器件多目標(biāo)優(yōu)化算法（理論+實(shí)操）
理論內(nèi)容：（算法基礎(chǔ)模塊與框架介紹、代理模型自適應(yīng)采樣模塊、代理模型建立模塊）
實(shí)例操作：微波雙工器優(yōu)化實(shí)例驗(yàn)證
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九、基于自適應(yīng)權(quán)重向量MOEA/D的微波濾波器件優(yōu)化算法（理論+實(shí)操）
理論內(nèi)容：（MOEA/D-ANWV、權(quán)重向量更新機(jī)制、總體算法框架）
實(shí)例操作:
? 金屬腔體濾波器的算法優(yōu)化
? 金屬腔體雙工器的算法優(yōu)化
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十、微波濾波器件智能多目標(biāo)輔助調(diào)試算法（理論+實(shí)操）
理論內(nèi)容：（微波濾波器件智能輔助調(diào)試算法框架+微波濾波器件仿真調(diào)試驗(yàn)證）
實(shí)例操作：
? 金屬腔體濾波器的仿真智能調(diào)試
? 金屬腔體雙工器的仿真智能調(diào)試
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十一、微波濾波器件智能多目標(biāo)輔助調(diào)試算法（理論+實(shí)操）
理論內(nèi)容：（基于自編碼器代理模型和全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的天線優(yōu)化設(shè)計方案、AE-ANN天線優(yōu)化設(shè)計方案整體框架、AE-ANN天線優(yōu)化設(shè)計方案實(shí)現(xiàn)步驟）
實(shí)例操作：
? “北斗”衛(wèi)星微帶貼片天線
? 數(shù)據(jù)集的獲取和數(shù)據(jù)預(yù)處理
? 自編碼器代理模型和全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的搭建和訓(xùn)練
? 優(yōu)化結(jié)果分析
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十二、基于卷積自編碼器代理模型和粒子群算法的天線優(yōu)化設(shè)計（理論+實(shí)操）
理論內(nèi)容：（CAE-PSO天線優(yōu)化設(shè)計方案整體框架、CAE-PSO天線優(yōu)化設(shè)計方案實(shí)現(xiàn)步驟）
實(shí)例操作：
? 同軸饋電矩形微帶天線
? 數(shù)據(jù)集的獲取和數(shù)據(jù)預(yù)處理
? 卷積自編碼器代理模型的搭建和訓(xùn)練
? 粒子群優(yōu)化算法設(shè)計
? 優(yōu)化結(jié)果分析
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十三、電磁學(xué)時域有限差分法
? 時域有限差分法的基本方程
? 導(dǎo)數(shù)的差分近似
? 三維問題的FDTD更新方程
數(shù)值穩(wěn)定性和色散
? 時域算法中的穩(wěn)定性
? FDTD方法的CFL穩(wěn)定條件
? 數(shù)值色散
在Yee網(wǎng)格中創(chuàng)建目標(biāo)
? 目標(biāo)的定義
? 媒質(zhì)近似
? 創(chuàng)建媒質(zhì)網(wǎng)格
有/無源集總參數(shù)電路
? FDTD中元件的更新公式
? 元件的定義、初始化和模擬
? 正弦波電源激勵的電阻
激勵源與時頻變換
? 常用FDTD仿真波形
? 激勵源的定義和初始化
? 時城與頻域的相互變換
散射參量
? S參量和回波損耗的定義
? S參數(shù)的計算
? 1/4波長變換器
卷積完美匹配層
? CPML的公式及算法
? CPML參數(shù)分布
? 微帶線的S參數(shù)
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課程背景
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課程針對希望了解和掌握在集成光學(xué)/空間光學(xué)方面的器件、系統(tǒng)和算法結(jié)合應(yīng)用的科研人員及開發(fā)者。課程主要為光子學(xué)與機(jī)器學(xué)習(xí)的交叉學(xué)科理論講解與結(jié)合案例實(shí)操的技術(shù)講解，以期銜接常見機(jī)器學(xué)習(xí)模型及框架的使用與各種光學(xué)器件和系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中的間隔。先介紹常用的光子學(xué)仿真設(shè)計手段與基于 Python 語言的機(jī)器學(xué)習(xí)框架，講解機(jī)器學(xué)習(xí)的基本算法與當(dāng)前實(shí)用的幾種深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并結(jié)合前沿的文獻(xiàn)案例進(jìn)行示例演示與練習(xí)，案例涵蓋 Science 等頂刊（開闊視野）與科研中較為實(shí)用的期刊（難度適中，便于快速掌握及取得成果），有利于短期及中長期的科研和開發(fā)流程。最后針對講解當(dāng)前最新的前沿進(jìn)展應(yīng)用，拋磚引玉，增進(jìn)對于機(jī)器學(xué)習(xí)在光子學(xué)中的應(yīng)用的深度理解。
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智能光子學(xué)緒論
| 1.1 空間光學(xué)系統(tǒng)與集成微納光子學(xué)系統(tǒng)概論
1.2 機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能的基本概念與發(fā)展歷程
1.3 機(jī)器學(xué)習(xí)方法在光子學(xué)設(shè)計中的應(yīng)用簡介
1.4 光子學(xué)器件構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用簡介
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光子學(xué)器件仿真軟件基礎(chǔ)與器件逆向設(shè)計
| 2.1 光子學(xué)器件的主要設(shè)計目標(biāo)和調(diào)控方法
2.2 Rsoft, Ansys optics 光子學(xué)仿真軟件介紹與基本操作
2.3 時域有限差分方法與空間光場模擬
案例分析：傳播相位與幾何相位超構(gòu)單元仿真與器件庫提取與二維超構(gòu)透鏡設(shè)計與傳播光場仿真
2.4 波導(dǎo)器件仿真與片上光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計
案例分析： 片上的超構(gòu)單元仿真與光學(xué)參數(shù)提取
2.5 基于仿真軟件的光子學(xué)逆向設(shè)計
? 光子學(xué)逆向設(shè)計的概念
? 基于粒子群算法的光學(xué)器件優(yōu)化
? 基于伴隨方法的光子學(xué)器件優(yōu)化
案例分析：基于粒子群方法的耦合器設(shè)計
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機(jī)器學(xué)習(xí)方法簡介與 Python 軟件基礎(chǔ)
| 3.1 機(jī)器學(xué)習(xí)基礎(chǔ)概念
3.2 監(jiān)督學(xué)習(xí)與無監(jiān)督學(xué)習(xí)
3.3 簡單常用算法簡介（如線性回歸、SVM 等）
3.4 Python 編程基礎(chǔ)
? Python 環(huán)境搭建與工具介紹（如 Jupyter Notebook）
? 基本語法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
? NumPy 等庫的使用
? 數(shù)據(jù)可視化工具（如 Matplotlib 等）
? 深度學(xué)習(xí)框架 Pytorch 簡介
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常用的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)簡介與 Python 實(shí)現(xiàn)
| 4.1 深度學(xué)習(xí)簡介
4.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)概念與結(jié)構(gòu)
4.3 深度學(xué)習(xí)的基本原理與訓(xùn)練過程
4.4 常用深度網(wǎng)絡(luò)模型簡介
? 全連接網(wǎng)絡(luò)(FC）
? 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）
? 帶歷史記憶的網(wǎng)絡(luò)（如 RNN）
4.5 案例分析：基于 Python 的幾種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建
? 全連接網(wǎng)絡(luò)
? 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
? U-Net
4.6 一個基本的全連接網(wǎng)絡(luò)模型的搭建與訓(xùn)練
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深度學(xué)習(xí)在微納光子學(xué)中的應(yīng)用
| 5.1 微納光子器件的基本原理與常見結(jié)構(gòu)
5.2 基于深度學(xué)習(xí)的光譜預(yù)測與逆向設(shè)計
案例分析：一維的和二維的全介質(zhì)和金屬SPR 材料的光譜預(yù)測與逆向設(shè)計
5.3 基于機(jī)器學(xué)習(xí)的電磁近場預(yù)測和逆向設(shè)計
案例分析：介質(zhì)超構(gòu)表面的近場調(diào)控設(shè)計
5.4 基于深度學(xué)習(xí)的超構(gòu)單元生成
案例分析：基于生成-對抗網(wǎng)絡(luò)的電磁調(diào)控結(jié)構(gòu)定制化生成
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深度學(xué)習(xí)在其他光學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用
| 6.1 深度學(xué)習(xí)在多樣化的光學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用概述
6.2 深度學(xué)習(xí)在計算成像中的應(yīng)用
案例分析：深度學(xué)習(xí)增強(qiáng)的非線性光纖單像素成像系統(tǒng)
6.3 深度學(xué)習(xí)在圖像處理中的應(yīng)用
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光子學(xué)器件賦能的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用
| 7.1 光子學(xué)器件在深度學(xué)習(xí)中的應(yīng)用概述
7.2 基于光學(xué)矩陣-向量相乘的卷積加速器
7.3 衍射光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
案例分析：基于片上衍射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的超構(gòu)光學(xué)系統(tǒng)用于圖像分類
7.4 光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)
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機(jī)器學(xué)習(xí)與光子學(xué)的高階應(yīng)用介紹與未來展望
| 8.1 深度學(xué)習(xí)賦能光子芯片制造
案例分析：通過機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化工藝容差與器件性能
8.2 機(jī)器學(xué)習(xí)賦能的傳統(tǒng)光學(xué)儀器增強(qiáng)
案例分析：基于深度學(xué)習(xí)的高分辨紅外熱波段雷達(dá)
8.3 光子學(xué)硬件賦能的低功耗信息處理
案例分析：基于衍射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的太赫茲光學(xué)處理器（Science）
8.4 非典型機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)——萬物皆可機(jī)器學(xué)習(xí)（Nature）
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（一）案列應(yīng)用實(shí)操教學(xué)：
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案例一
| 光子晶體能帶分析、能譜計算、光纖模態(tài)計算、微腔腔膜求解
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[tr][/tr]案例二
| 類比凝聚態(tài)領(lǐng)域魔角石墨烯的moiré 光子晶體建模以及物理分析
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案例三
| 傳播表面等離激元和表面等離激元光柵等
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案例四
| 超材料和超表面仿真設(shè)計，周期性超表面透射反射分析
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案例五
| 光力、光扭矩、光鑷力勢場計算
|
案例六
| 波導(dǎo)模型（表面等離激元、石墨烯等）本征模式分析、各種類型波導(dǎo)傳輸效率求解
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案例七
| 光-熱耦合案例
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案例八
| 天線模型
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案例九
| 二維材料如石墨烯建模
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案例十
| 基于微納結(jié)構(gòu)的電場增強(qiáng)生物探測
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案例十一
| 散射體的散射，吸收和消光截面的計算
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案例十二
| 拓?fù)涔庾訉W(xué)：拓?fù)溥吘墤B(tài)和高階拓?fù)浣菓B(tài)應(yīng)用仿真
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案例十三
| 二硫化鉬的拉曼散射
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案例十四
| 磁化的等離子體、各向異性的液晶、手性介質(zhì)的仿真
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案例十五
| 光學(xué)系統(tǒng)的連續(xù)譜束縛態(tài)
|
案例十六
| 片上微納結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(特殊情況下，利用二維系統(tǒng)來有效優(yōu)化三維問題)
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案例十七
| 形狀優(yōu)化反設(shè)計：利用形狀優(yōu)化設(shè)計波導(dǎo)帶通濾波器
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案例十八
| 非厄米光學(xué)系統(tǒng)的奇異點(diǎn)：包括PT對稱波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和光子晶體板系統(tǒng)等
|
案例十九
| 微納結(jié)構(gòu)的非線性增強(qiáng)效應(yīng)，以及共振模式的多極展開分析
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案例二十
| 學(xué)員感興趣的其他案例
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（二） 軟件操作系統(tǒng)教學(xué)：
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COMSOL
軟件入門
| 初識COMSOL仿真——以多個具體的案例建立COMSOL仿真框架，建立COMSOL仿真思路，熟悉軟件的使用方法
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COMSOL軟件基本操作
? 參數(shù)，變量，探針等設(shè)置方法、幾何建模
? 基本函數(shù)設(shè)置方法，如插值函數(shù)、解析函數(shù)、分段函數(shù)等
? 特殊函數(shù)的設(shè)置方法，如積分、求極值、求平均值等
? 高效的網(wǎng)格劃分
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前處理和后處理的技巧講解
? 特殊變量的定義，如散射截面，微腔模式體積等
? 如何利用軟件的繪圖功能繪制不同類型的數(shù)據(jù)圖和動畫
? 數(shù)據(jù)和動畫導(dǎo)出
? 不同類型求解器的使用場景和方法
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COMSOL
軟件進(jìn)階
| COMSOL中RF、波動光學(xué)模塊仿真基礎(chǔ)
? COMSOL中求解電磁場的步驟
? RF、波動光學(xué)模塊的應(yīng)用領(lǐng)域
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RF、波動光學(xué)模塊內(nèi)置方程解析推導(dǎo)
? 亥姆霍茲方程在COMSOL中的求解形式
? RF方程弱形式解析，以及修改方法(模擬特殊本構(gòu)關(guān)系的物質(zhì))
? 深入探索從模擬中獲得的結(jié)果
（如電磁場分布、功率損耗、傳輸和反射、阻抗和品質(zhì)因子等）
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邊界條件和域條件的使用方法
? 完美磁導(dǎo)體和完美電導(dǎo)體的作用和使用場景
? 阻抗邊界條件、過度邊界條件、散射邊界條件、周期性邊界條件的作用
? 求解域條件：完美匹配層的理論基礎(chǔ)和使用場景、 PML網(wǎng)格劃分標(biāo)準(zhǔn)
? 遠(yuǎn)場域和背景場域的使用
? 端口使用場景和方法
? 波束包絡(luò)物理場的使用詳解
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波源設(shè)置
? 散射邊界和端口邊界的使用方法和技巧（波失方向和極化方向設(shè)置、S參數(shù)、反射率和透射率的計算和提取、高階衍射通道反射投射效率的計算）
? 頻域計算、時域計算
? 點(diǎn)源，如電偶極子和磁偶極子的使用方法
|
材料設(shè)置
? 計算模擬中各向同性，各向異性，金屬介電和非線性等材料的設(shè)置
? 二維材料，如石墨烯、MoS2的設(shè)置
? 特殊本構(gòu)關(guān)系材料的計算模擬(需要修改內(nèi)置的弱表達(dá)式)
|
網(wǎng)格設(shè)置
? 精確仿真電磁場所需的網(wǎng)格劃分標(biāo)準(zhǔn)
? 網(wǎng)格的優(yōu)化
? 案列教學(xué)
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COMSOL WITH MATLAB功能簡介
? COMSOL WITH MATLAB 進(jìn)行復(fù)雜的物理場或者集合模型的建立(如超表面波前的衍射計算)
? COMSOL WITH MATLAB 進(jìn)行復(fù)雜函數(shù)的設(shè)置(如石墨烯電導(dǎo)函數(shù)的設(shè)置和仿真)
? COMSOL WITH MATLAB 進(jìn)行高級求解運(yùn)算和后處理
? COMSOL WITH MATLAB求解具有色散材料的能帶
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（一）軟件操作系統(tǒng)教學(xué)
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[tr][/tr]FDTD Solutions入門
| 1.FDTD求解物理問題的基本原理
1.1 FDTD與麥克斯韋方程組的關(guān)系
1.2 FDTD中的網(wǎng)格化技術(shù)
1.3 FDTD核心特點(diǎn)
2.FDTD Solutions功能與使用
2.1 主窗口及CAD人機(jī)交互界面
2.2 CAD模擬編輯器組件詳解
2.2.1 主標(biāo)題欄與工具條的使用
2.2.2 實(shí)體對象樹與實(shí)體對象庫管理
2.2.3 腳本提示與腳本編輯窗口實(shí)踐
|
FDTD 仿真全流程實(shí)操
| 3.激勵光源選擇與配置實(shí)例（以左旋圓偏振光設(shè)置為例）
4.實(shí)體模型設(shè)定：基底與結(jié)構(gòu)元件的選擇及參數(shù)調(diào)整
5.仿真區(qū)域界定與網(wǎng)格劃分策略（以區(qū)域大小設(shè)置及mesh選擇為例）
6.監(jiān)視器類型與應(yīng)用實(shí)例（以超構(gòu)表面頻域功率監(jiān)視器設(shè)置為例）
7.材料庫與數(shù)據(jù)導(dǎo)入（以多晶硅、二氧化鈦的數(shù)據(jù)導(dǎo)入為例）
8.模擬計算與分析：仿真執(zhí)行與資源管理
9.結(jié)果分析與可視化手段（Visualize工具與腳本高級分析）
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（二）案例應(yīng)用教學(xué)及論文復(fù)現(xiàn)
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Pancharatnam-Berry型超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)設(shè)計與旋向控制
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傳輸型超構(gòu)表面單元結(jié)構(gòu)掃描與篩選
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超構(gòu)表面相位分布設(shè)定及模擬螺旋相位光束
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分析超構(gòu)表面透過率、聚焦效率
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驗(yàn)證傳輸型超構(gòu)面在不同偏振態(tài)的光入射下的不敏感性
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近場到遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換的腳本實(shí)現(xiàn)
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利用腳本的導(dǎo)出結(jié)果及MATLAB結(jié)果分析偏振轉(zhuǎn)換效率計算
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TFSF計算納米結(jié)構(gòu)散射場特性
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利用TFSF和自定義材料計算復(fù)合結(jié)構(gòu)散射場信息
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MATLAB配合腳本設(shè)計超構(gòu)表面全息圖形
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自定義任意光源設(shè)置與模擬
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利用腳本構(gòu)建波導(dǎo)結(jié)構(gòu)模型
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波導(dǎo)截面本征模式分析
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等離子激元納米結(jié)構(gòu)光學(xué)特性及有效介質(zhì)理論計算復(fù)合結(jié)構(gòu)的光學(xué)（ACS NANO論文）
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PB型超構(gòu)表面設(shè)計生成聚焦及渦旋光斑（Science論文）
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PB型超構(gòu)表面設(shè)計生成Airy光束（ACS NANO論文）
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傳輸型超構(gòu)表面實(shí)現(xiàn)Airy光束設(shè)計（Photonics Research論文）
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漸變耦合雙波導(dǎo)設(shè)計中波導(dǎo)本征模式轉(zhuǎn)換（Physical Review Letters論文）
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L型截面波導(dǎo)設(shè)計中不同偏振波導(dǎo)本征模式轉(zhuǎn)換（Physical Review Letters論文）
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電子產(chǎn)業(yè)一站式賦能平臺
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