Optimization for the structure of all-optical filter transistor in nonlinear photonic crystals using Genetic Algorithm

유전자 알고리즘을 이용한 비선형 광자결정 내의 완전 광 필터 트랜지스터 구조의 최적화

In this paper, we carry out the simulation for an optimal solution of one-dimensional nonlinear photonic crystal structure using Genetic algorithm, and show the proposed method to apply for photonic transistors. Unlike a conventional steepest descent method for an optimization, the proposed method based on Genetic Algorithm has advantages for finding out excellent solutions without any analytic forms, which can easily apply to other applications. Also, as several solutions around global minimum solution can be obtained, it is very good optimization tool to give us the patterns about the optimal structure of a photonic crystal transistor. To design an all-optical filter transistor, Neural network algorithm is firstly performed for an initial design and then Genetic Algorithm is finally used to get the optimal solution. From the simulation of one-dimensional photonic crystal transistor, 27dB of the switching On/Off ratio is obtained.

본 논문에서는 적자생존 원리에 기반한 유전자 알고리즘을 이용하여 일차원 비선형 광자 결정 구조에 대해 분석하고, 광 트랜지스터로의 적용 가능성을 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 증명한다. 이와 같은 형태의 최적 설계는 해석식이 필요한 steepest decent 최적 알고리즘과 달리 유전자 알고리즘은 탁월한 성능을 낼 수 있으며, 광 트랜지스터 뿐만 아니라 다른 광자 결정 광소자의 설계에 유용하게 적용될 수 있다. 또한, global minimum 최적해 부근에서 여러 가지의 해가 얻어지기 때문에 광 트랜지스터가 어떤 모양을 가져야 되는지 분석하는데 많은 도움을 주는 장점을 갖는다. 완전 광 필터 트랜지스터를 설계하기 위해 신경회로망 모델을 이용하여 초기 설계를 수행한 후, 유전자 알고리즘에 의해 최종적인 최적화 설계가 수행된다. 시뮬레이션으로부터 얻어진 일차원 광자 결정 트랜지스터의 스위칭 On/Off 비는 약 27dB 였다.