フォトニック結晶光ファイバ表面プラズモン共鳴（PCF-SPR）センサの逆設計は、本質的に非一意である。異なる幾何形状が類似したスペクトル応答を生じうる一方で、数値的に魅力的な解が製造上の上限制約を破ったり、学習データによって表現される領域の外に位置したりすることがある。本論文では、これらの失敗モードを明示的に扱う、製造制約付きタンデム逆設計手法を開発する。順方向サロゲートは、4つの物理解量変数と被分析物屈折率を入力として、波長感度、目的関数（FOM）、および共鳴波長へ写像する。条件付き逆生成器は、要求するセンシング目標に対する候補幾何形状の集団を生成する。学習は、微分可能な製造ペナルティによって正則化され、事後生成スクリーニングでは、適合残差区間、マハラノビスの外れ値距離（OOD距離）、射影距離、ならびに非支配パレート順位付けを組み合わせる。検証プロトコルでは、同一の基準幾何形状に属するすべての屈折率サンプルを同一データ分割に含め、感度およびFOMを、関係量を行ごとの独立観測として扱うのではなく、固定された幾何形状に対する完全な屈折率スイープから再計算する。100の合成幾何形状と、幾何形状ごとに5つの屈折率点を含むソフトウェア整合性ベンチマークにおいて、固定幾何解析は、構築によりほぼ線形な共鳴シフトを示した。3つのシードによるアブレーションでは、製造正則化により、平均の生生成幾何形状妥当性が79.0%から88.3%へ増加した一方で、平均の逆目標充足度R²は0.830から0.786へ変化し、実行可能性と精度の明示的なトレードオフが明らかになった。基準解析により、合成ジェネレータでは共鳴波長はモデル化しやすいが、局所感度はそうではないことも示された。これにより、幾何形状スイープを考慮した目標定義の必要性が動機付けられる。報告された数値は、計算手法とその診断の妥当性を検証するために用いられており、物理的なセンサ性能の主張として提示されるものではない。本枠組みは、目標仕様からリスクを意識した候補選択へ、数学的に追跡可能な経路を提供し、その後の独立した物理準拠の検証へとつなぐ。
https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-10905069/v1