論文の概要: Reliability-Aware Bayesian Optimization of 1310 nm PCSELs with FDTD Verification
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.21772v1
- Date: Thu, 23 Jul 2026 19:35:55 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-27 20:58:56.97667
- Title: Reliability-Aware Bayesian Optimization of 1310 nm PCSELs with FDTD Verification
- Title（参考訳）: FDTD検証による1310nmPCSELの信頼性を考慮したベイズ最適化
- Abstract要約: 1310nm近いフォトニック結晶表面評価レーザー(PCSEL)は、光通信とセンシングのために魅力的な狭ビーム源である。
小さな幾何学的変化は、バンドエッジ共鳴、キャビティリーク、遠距離拡散、高Q$崩壊適合の数値安定性を同時にシフトさせる。
商用有限差分時間領域解決器を8変数の局所設計変数上で信頼性を考慮したベイズ最適化(BO)ループに結合する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.856516229808983
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Near 1310 nm photonic-crystal surface-emitting lasers (PCSELs) are attractive narrow-beam sources for optical communication and sensing, but their final design refinement is costly. Small geometry changes simultaneously shift the band-edge resonance, cavity leakage, far-field divergence, and the numerical stability of a high-$Q$ decay fit, while every full-wave trial requires a time-domain simulation. We couple a commercial finite-difference time-domain solver to a reliability-aware Bayesian optimization (BO) loop over eight local design variables. Each completed simulation updates the surrogate used to choose the next geometry. Candidate ranking combines wavelength and beam-quality requirements with a reliability-adjusted metric $Q_{\mathrm{eff}}$ derived from the solver-reported relative fit-error estimate $dQ/Q$. Across three 80-evaluation runs from the same reference model, BO produced 5--15 candidates per run that passed the joint filter. Designs reconstructed from fresh model copies retained $Q_{\mathrm{eff}}=4.33\times10^6$--$7.76\times10^6$, a 60--108-fold increase over the baseline metric, at 1308.23--1310.90~nm with approximately $0.84^{\circ}$ divergence. Under equal budgets, BO gave the highest mean strict-filter yield (9.0 candidates), compared with differential evolution (7.0) and Latin-hypercube sampling (1.5), although the controls occasionally matched the peak $Q_{\mathrm{eff}}$. Field maps, resonance spectra, and local perturbations further identify an index-related wavelength handle and a hole-size-related leakage handle. The resulting FDTD budget produces a pool of wavelength-compatible, narrow-beam, and reproducible high-$Q$ PCSEL candidates without trusting a single optimistic decay fit.
- Abstract（参考訳）: 1310nm近いフォトニック結晶表面発光レーザー(PCSEL)は、光通信とセンシングのために魅力的な狭ビーム源であるが、最終的な設計改善にはコストがかかる。
小さな幾何学的変化は、バンドエッジ共鳴、キャビティリーク、遠距離拡散、高Q$崩壊適合の数値安定性を同時にシフトさせるが、全てのフルウェーブトライアルは時間領域シミュレーションを必要とする。
商用有限差分時間領域解決器を8変数の局所設計変数上で信頼性を考慮したベイズ最適化(BO)ループに結合する。
完成した各シミュレーションは、次の幾何学を選択するために使用されるサロゲートを更新する。
候補ランキングは、波長とビーム品質の要求を、信頼性調整されたメートル法である$Q_{\mathrm{eff}}$と組み合わせ、ソルバが報告した相対適合誤差の推定値$dQ/Q$から導かれる。
BOは、同じ基準モデルから3つの80-評価を実行し、1ラン当たり5-15個の候補を生成し、共同フィルタを通過した。新しいモデルコピーから再構築された設計は、$Q_{\mathrm{eff}}=4.33\times10^6$--$7.76\times10^6$, 60-108-fold up over the baseline metric, at 1308.23-1310.90~nm with almost $0.84^{\circ}$ divergenceを保った。
平等な予算の下では、BOは差分進化(7.0)とラテンハイエルキューブサンプリング(1.5)と比較して、最も平均的な厳密なフィルターの収率(9.0候補)を与えたが、その制御は時折ピークの$Q_{\mathrm{eff}}$と一致した。
フィールドマップ、共鳴スペクトル、局所摂動は、さらにインデックス関連波長ハンドルとホールサイズ関連リークハンドルを識別する。
FDTD予算は、波長互換、狭ビーム、再現可能な高いQ$PCSEL候補のプールを、単一の楽観的な減衰適合を信頼せずに生成する。
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