1、光子器件的逆向设计：通过机器学习，特别是深度学习，可以高效地进行光子器件的逆向设计，这在传统的多参数优化问题中尤为重要。

2、超构表面和超材料设计：机器学习被用于设计具有特定光学特性的超构表面和超材料，这些材料在光场调控中发挥着重要作用。

3、光子神经网络：利用光子器件构建的神经网络可以进行快速的矩阵-向量运算，加速深度学习算法的执行。

4、非线性光学与光子芯片：非线性光学材料和非厄米拓扑光子学为高性能片上处理方案提供了新的可能性，智能光子芯片在全光计算、信号处理和量子技术等领域具有广泛的应用前景。

5、智能光子系统的多任务优化：通过深度学习与拓扑优化的结合，可以同时优化多个光子器件的功能，提高设计效率并保证性能。

6、光谱分析与预测：机器学习模型能够分析光谱数据，预测材料特性或器件性能，这对于材料科学和光子器件的研发至关重要
希望了解和掌握在集成光学/空间光学方面的器件、系统和算法结合应用的科研人员及开发者。

主要为光子学与机器学习的交叉学科理论讲解与结合案例实操的技术讲解，以期衔接常见机器学习模型及框架的使用与各种光学器件和系统实际应用中的间隔。先介绍常用的光子学仿真设计手段与基于 Python 语言的机器学习框架，讲解机器学习的基本算法与当前实用的几种深度学习网络架构，并结合前沿的文献案例进行示例演示与练习，案例涵盖 Science 等顶刊（开阔视野）与科研中较为实用的期刊（难度适中，便于快速掌握及取得成果），有利于短期及中长期的科研和开发流程。最后针对讲解当前最新的前沿进展应用，抛砖引玉，增进对于机器学习在光子学中的应用的深度理解。

智能光子学绪论

1.1 空间光学系统与集成微纳光子学系统概论

1.2 机器学习和人工智能的基本概念与发展历程

1.3 机器学习方法在光子学设计中的应用简介

1.4 光子学器件构建神经网络的应用简介

光子学器件仿真软件基础与器件逆向设计

2.1 光子学器件的主要设计目标和调控方法

2.2 Rsoft, Ansys optics 光子学仿真软件介绍与基本操作

2.3 时域有限差分方法与空间光场模拟

案例分析：传播相位与几何相位超构单元仿真与器件库提取与二维超构透镜设计与传播光场仿真

2.4 波导器件仿真与片上光学系统设计

案例分析：片上的超构单元仿真与光学参数提取

2.5 基于仿真软件的光子学逆向设计

Ø 光子学逆向设计的概念

Ø 基于粒子群算法的光学器件优化

Ø 基于伴随方法的光子学器件优化

案例分析：基于粒子群方法的耦合器设计

机器学习方法简介与 Python 软件基础

3.1 机器学习基础概念

3.2 监督学习与无监督学习

3.3 简单常用算法简介（如线性回归、SVM 等）

3.4 Python 编程基础

Ø Python 环境搭建与工具介绍（如 Jupyter Notebook）

Ø 基本语法与数据结构

Ø NumPy 等库的使用

Ø 数据可视化工具（如 Matplotlib 等）

Ø 深度学习框架 Pytorch 简介

常用的深度神经网络简介与 Python 实现

4.1 深度学习简介

4.2 神经网络基础概念与结构

4.3 深度学习的基本原理与训练过程

4.4 常用深度网络模型简介

Ø 全连接网络(FC）

Ø 卷积神经网络（CNN）

Ø 带历史记忆的网络（如 RNN）

4.5 案例分析：基于 Python 的几种神经网络构建

Ø 全连接网络

Ø 卷积神经网络

Ø U-Net

4.6 一个基本的全连接网络模型的搭建与训练

深度学习在微纳光子学中的应用

5.1 微纳光子器件的基本原理与常见结构

5.2 基于深度学习的光谱预测与逆向设计

案例分析：一维的和二维的全介质和金属SPR 材料的光谱预测与逆向设计

5.3 基于机器学习的电磁近场预测和逆向设计

案例分析：介质超构表面的近场调控设计

5.4 基于深度学习的超构单元生成

案例分析：基于生成-对抗网络的电磁调控结构定制化生成

深度学习在其他光学系统中的应用

6.1 深度学习在多样化的光学系统中的应用概述

6.2 深度学习在计算成像中的应用

案例分析：深度学习增强的非线性光纤单像素成像系统

6.3 深度学习在图像处理中的应用

光子学器件赋能的深度神经网络应用

7.1 光子学器件在深度学习中的应用概述

7.2 基于光学矩阵-向量相乘的卷积加速器

7.3 衍射光学神经网络

案例分析：基于片上衍射神经网络的超构光学系统用于图像分类

7.4 光学神经网络的优势与挑战

机器学习与光子学的高阶应用介绍与未来展望

8.1 深度学习赋能光子芯片制造

案例分析：通过机器学习优化工艺容差与器件性能

8.2 机器学习赋能的传统光学仪器增强

案例分析：基于深度学习的高分辨红外热波段雷达

8.3 光子学硬件赋能的低功耗信息处理

案例分析：基于衍射神经网络的太赫兹光学处理器（Science）

8.4 非典型机器学习系统——万物皆可机器学习（Nature）

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