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Universidade Federal da Bahia |
Repositório Institucional da UFBA
Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/44100
Tipo: Dissertação
Título: Aprendizado de máquina aplicada em modelagem da eficiência de acoplamento entre guias dielétricos.
Título(s) alternativo(s): Machine learning applied to modeling coupling efficiency between dielectric waveguides
Autor(es): Mercês, Viviane Oliveira das
Primeiro Orientador: Rodrigues Esquerre, Vitaly Félix
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Sisnando, Anderson Dourado
metadata.dc.contributor.referee1: Rodriguez Esquerre, Vitaly Félix
metadata.dc.contributor.referee2: Sisnando, Anderson Dourado
metadata.dc.contributor.referee3: Silva, Fabrício Gerônimo Simões
metadata.dc.contributor.referee4: Simas Filho, Eduardo Furtado de
Resumo: Esta dissertação tem como proposito o uso do aprendizado de máquina para a formulação e concepção de modelos miméticos dos dispositivos fotônicos do tipo TAPER destinados ao acoplamento de guias de onda com diferentes estruturas geométricas. O objetivo é avaliar a eficiência de acoplamento em função de variações específicas nas características geométricas na Banda C. Além da fundamentação teórica, foi necessário preparar uma base de dados para treinar as redes de aprendizado. Esta base consiste em soluções numéricas obtidas por meio de método numérico baseado em elementos finitos, bem como informações previamente publicadas. Esses dados foram consolidados em um conjunto abrangente cujo atributos correspondem às variações na dimensão dos segmentos componentes do taper (o comprimento denotado como “a”), e a saída é a eficiência de acoplamento(representada por “η”). Desenvolveu-se então uma arquitetura de rede neural com os parâmetros de entrada : comprimento de cada um dos 15 segmentos do taper(a), comprimento de onda(λ), índices de refração do núcleo(n1) e do substrato(n2) e como parâmetro de saída: a relação entre a potência de entrada(Pin) e a potência de saída(Pout) dada pela eficiência de acoplamento(η). Para esta arquitetura explorou-se as variações nos algoritmos de treinamento e nas funções de ativação. Essas variações foram utilizadas para avaliar o desempenho dos modelos propostos , considerando critérios como acurácia, precisão, simplicidade, além dos custos computacionais envolvidos. Como resultado , as arquiteturas desenvolvidas demonstraram desempenhos melhores que os valores delimitados pelos critérios de parada, com o erro médio quadrático menor do que 10-7 e taxa de regressão ou coeficiente de determinação R2 de 100% em mais de 92% dos totais de 81 modelos avaliados com utilização reduzida de recursos computacionais. Esse estudo visa contribuir para a melhoria da compreensão e projeto de dispositivos fotônicos por meio da aplicação sinérgica de aprendizado de máquina e técnicas tradicionais.
Abstract: This dissertation aims to use machine learning for the formulation and design of mimetic models of TAPER-type photonic devices intended for coupling waveguides with different geometric structures. The objective is to evaluate the coupling efficiency as a function of specific variations in geometric characteristics in the C-Band. In addition to the theoretical foundation, it was necessary to prepare a database to train the learning networks. This database consists of numerical solutions obtained through a finite element-based numerical method, as well as previously published information. These data were consolidated into a comprehensive set whose attributes correspond to variations in the dimensions of the taper segments (the length denoted as “a”), and the output is the coupling efficiency (represented by “η”). A neural network architecture was then developed with the input parameters: length of each of the 15 taper segments (a), wavelength (λ), refractive indices of the core (n1) and substrate (n2), and as the output parameter: the ratio between the input power (Pin) and the output power (Pout) given by the coupling efficiency (η). For this architecture, variations in training algorithms and activation functions were explored. These variations were used to evaluate the performance of the proposed models, considering criteria such as accuracy, precision, simplicity, and the computational costs involved. As a result, the developed architectures demonstrated performances better than the values defined by the stopping criteria, with a mean squared error less than 10-7 and a regression rate or determination coefficient R2 of 100% in more than 92% of the total of 81 models evaluated with reduced use of computational resources. This study aims to contribute to the improvement of the understanding and design of photonic devices through the synergistic application of machine learning and traditional techniques.
Palavras-chave: Aprendizado de Máquina
Redes Neurais Artificiais
Guias de Onda
Multi-Layer Perceptron
Taper Fotônico
Eficiência de Acoplamento
Inteligência Artificial
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES::TEORIA ELETROMAGNETICA, MICROONDAS, PROPAGACAO DE ONDAS, ANTENAS
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA::PROP.OTICAS E ESPECTROSC.DA MAT.CONDENSOUTRAS INTER.DA MAT.COM RAD.E PART.
Idioma: por
País: Brasil
Editora / Evento / Instituição: Universidade Federal da Bahia
Sigla da Instituição: UFBA
metadata.dc.publisher.department: Escola Politécnica
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (PPGEE) 
Tipo de Acesso: Acesso Restrito
URI: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/44100
Data do documento: 23-Ago-2024
Aparece nas coleções:Dissertação (PPGEE)

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