我在这项合作研究中负责超结构光栅（SSG）的优化算法部分：在已有自适应差分进化方法上加入 memetic 局部精修，用于优化光栅相移分布。下文的微环谐振器（MRR）–SSG 器件与实测光谱，是合作研究的整体成果。
从耦合矩阵综合到光栅相移优化
我们发现，光子滤波器参数设计的优化景观（landscape）与滤波器耦合矩阵综合具有相似特征：多个参数共同塑造频谱响应，满足多项频谱要求的优质解集中在较窄的区域，同时存在多个局部最优。搜索的关键不仅是扩大探索范围，还要找到并保持通向优质解的有效方向。
这一共性给出了算法设计的直觉：耦合矩阵综合通过调节耦合与谐振参数形成目标微波响应；SSG 设计通过调节相移分布控制光场干涉，形成目标多通道光谱。两者在优化层面都可表述为从相互耦合的参数出发，寻找满足频谱指标的设计。
| 优化层面 | 耦合矩阵综合 | SSG 相移设计 |
|---|---|---|
| 设计变量 | 耦合系数与谐振参数 | 各相移点的相移量 |
| 物理机制 | 谐振器间的能量耦合形成频率选择响应 | 光栅各段的相位关系与光场干涉塑造多通道光谱 |
| 响应评估 | 微波 S 参数 | 光学透射光谱 |
| 设计目标 | 通带匹配与阻带抑制 | 目标通道陷波一致性与非目标通道抑制 |
| 参数关联 | 一个耦合或谐振参数可同时改变多个频点的响应 | 一个相移量可同时影响多个通道的深度与谱形 |
| Landscape 特征 | 优质解位于分离的窄谷中，谷内仍有局部最优 | 相移耦合形成多模态景观，满足多通道指标的区域较窄 |
| 搜索难点 | 进入正确窄谷，并保持有效搜索方向 | 找到合适的相移组合，同时协调多个通道的响应 |
| 全局搜索策略 | SADEC 自适应控制搜索步长与交叉，兼顾方向保留和探索 | 将自适应差分进化用于相移分布的候选搜索 |
| 局部改进策略 | 在窄谷内细化参数，改善频谱指标 | 在进化循环中加入 SQP，精修候选相移分布 |
| 最终设计输出 | 满足指标、符合给定拓扑的耦合矩阵 | 满足目标光谱要求的光栅相移序列 |
基于这一对应关系，我们采用 Liu、Yang 与 Lancaster 的 SADEC 搜索思路（IEEE TMTT, 2018），并加入 memetic 局部精修，让算法既能探索不同候选区域，也能在有潜力的区域内细化相移分布。
优化采用 periodic-memetic 自适应差分进化（SaDE–SQP）：在进化搜索过程中，间歇对整个种群执行序列二次规划（SQP）局部精修。通过将种群搜索与局部改进嵌入同一优化循环，兼顾全局探索与局部收敛。
- 01相移候选初始化光栅设计变量
- 02进化搜索自适应差分进化
- 03光谱评估评估并选择候选相移分布
- 04Memetic 精修间歇对整个种群执行 SQP
优化目标是塑造多频带光谱响应，兼顾目标通道陷波的一致性与非目标通道的抑制。相移分布和对应仿真光谱，直接体现了算法部分对器件设计的作用。
器件与实验验证
合作团队将优化后的 SSG 与 MRR 级联，通过谐振对齐和热调制实现通道选择，并通过器件制备与光谱测量验证整体设计。
实测通道切换
五通道 SSG 配置中，1540–1568 nm 范围内的九个传输通道在调制后减少为四个，间隔增至 670 GHz；SSG 范围以外仍保持 335 GHz 间隔。其机制是选择性抑制通道，并非所有通带的整体平移。
论文另验证了 670 GHz、869 GHz 与 1.05 THz 间隔的光栅配置。