論文の概要: Selection of Filters for Photonic Crystal Spectrometer Using Domain-Aware Evolutionary Algorithms

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.13657v1
• Date: Thu, 17 Oct 2024 15:20:22 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-10-18 13:21:01.961368
• Title: Selection of Filters for Photonic Crystal Spectrometer Using Domain-Aware Evolutionary Algorithms
• Title（参考訳）: ドメイン認識進化アルゴリズムを用いたフォトニック結晶分光器用フィルタの選択
• Authors: Kirill Antonov, Marijn Siemons, Niki van Stein, Thomas H. W. Bäck, Ralf Kohlhaas, Anna V. Kononova,
• Abstract要約: 本研究は, 微量ガス測定装置の最適フィルタ選択の課題に対処するものである。 最適化問題と比較して問題を定式化し,ノイズを伴うガス検索を模倣するシミュレータを開発した。 フィルタ選択の空間のメトリクスを利用する新しい距離駆動拡張を用いて、見いだされたトップパフォーマンスアルゴリズムを改善することを目指している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: This work addresses the critical challenge of optimal filter selection for a novel trace gas measurement device. This device uses photonic crystal filters to retrieve trace gas concentrations prone to photon and read noise. The filter selection directly influences accuracy and precision of the gas retrieval and therefore is a crucial performance driver. We formulate the problem as a stochastic combinatorial optimization problem and develop a simulator mimicking gas retrieval with noise. The objective function for selecting filters reducing retrieval error is minimized by the employed metaheuristics, that represent various families of optimizers. We aim to improve the found top-performing algorithms using our novel distance-driven extensions, that employ metrics on the space of filter selections. This leads to a novel adaptation of the UMDA algorithm, we call UMDA-U-PLS-Dist, equipped with one of the proposed distance metrics as the most efficient and robust solver among the considered ones. Analysis of filter sets produced by this method reveals that filters with relatively smooth transmission profiles but containing high contrast improve the device performance. Moreover, the top-performing obtained solution shows significant improvement compared to the baseline.
• Abstract（参考訳）: 本研究は, 微量ガス測定装置の最適フィルタ選択の課題に対処するものである。 この装置はフォトニック結晶フィルターを使用して、光子や読み出しノイズに起因した微量ガス濃度を回収する。 フィルタ選択は、ガス検索の精度と精度に直接影響するため、重要な性能ドライバである。 確率的組合せ最適化問題として問題を定式化し,ノイズを伴うガス検索を模倣するシミュレータを開発した。 検索誤差を低減したフィルタを選択する目的関数は,様々なオプティマイザ群を表すメタヒューリスティックスによって最小化される。 フィルタ選択の空間のメトリクスを利用する新しい距離駆動拡張を用いて、見いだされたトップパフォーマンスアルゴリズムを改善することを目指している。 これはUMDAアルゴリズムの新たな適応をもたらし、UMDA-U-PLS-Distと呼ばれ、提案した距離メトリクスの1つを、検討対象のうち最も効率的で堅牢な解法として備えている。 本手法により生成されたフィルタ集合の解析により,比較的スムーズな伝送プロファイルを持つが,高コントラストを含むフィルタによりデバイス性能が向上することが明らかになった。 さらに, 最高性能の解は, ベースラインに比べて有意に改善した。

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