Author Affiliations
Abstract
1 Zhejiang Laboratory, Research Center for Frontier Fundamental Studies, Hangzhou, China
2 Zhejiang University, College of Optical Science and Engineering, State Key Laboratory of Extreme Photonics and Instrumentation, Hangzhou, China
3 ZJU-Hangzhou Global Scientific and Technological Innovation Center, Hangzhou, China
4 Shanghai Jiao Tong University, Chip Hub for Integrated Photonics Xplore (CHIPX), Wuxi, China
With the rapid development of sensor networks, machine vision faces the problem of storing and computing massive data. The human visual system has a very efficient information sense and computation ability, which has enlightening significance for solving the above problems in machine vision. This review aims to comprehensively summarize the latest advances in bio-inspired image sensors that can be used to improve machine-vision processing efficiency. After briefly introducing the research background, the relevant mechanisms of visual information processing in human visual systems are briefly discussed, including layer-by-layer processing, sparse coding, and neural adaptation. Subsequently, the cases and performance of image sensors corresponding to various bio-inspired mechanisms are introduced. Finally, the challenges and perspectives of implementing bio-inspired image sensors for efficient machine vision are discussed.
bio-inspired image sensor machine vision layer-by-layer processing sparse coding neural adaptation Advanced Photonics
2024, 6(2): 024001
强激光与粒子束
2024, 36(4): 043026
1 桂林电子科技大学信息与通信学院广西高校微电子器件与集成电路重点实验室，广西 桂林 541004
2 桂林电子科技大学光电工程学院，广西 桂林 541004
提出一种偏振不敏感且高选择性的新型纳米结构颜色滤波器。当平面光入射到超材料表面时，金属与介质交界处会发生表面等离子体共振和光学异常透射现象，部分频率的光被束缚在微纳结构中，而其他频率的光发生透射，从而实现滤色效果。采用时域有限差分法，对4种不同结构的滤波器的透射光谱和颜色显示规律进行研究。同时，还研究了结构周期、圆环直径、十字架宽度和偏振角等参数对透射光谱和滤波特性的影响。结果表明：与单层表面等离子结构相比，所提双层等离子体亚表面结构模型的透射率更高；在可见光波段内，该滤波器具有偏振不敏感特性，半峰全宽的最小值为23.26 nm，并且具有90.5%的高透射率。这项研究为下一代颜色滤波器的设计提供了理论参考。
表面光学 高传输效率 偏振不敏感 高选择性 双层等离子体 可见光
1 苏州大学光电科学与工程学院，江苏 苏州 215006
2 江苏省先进光学制造技术重点实验室暨教育部现代光学技术重点实验室，江苏 苏州 215006
3 浙江大学信息与电子工程学院，浙江 杭州 310027
自适应温度调控器件以其智能开关特性而逐渐成为研究焦点，但是一方面其特殊的光谱要求使得器件设计过程复杂且周期冗长，另一方面器件热控性能亟待提高以满足更加严苛的应用场景。针对以上问题，提出一种深度生成神经网络模型来执行上述复杂的优化任务，该网络模型的更新不依赖于数据集，而是将生成神经网络与传输矩阵方法（TMM）相结合，通过TMM返回的梯度信息指导产生符合预期的多层膜结构，并自动优化膜层厚度和材料种类。作为网络优化能力的验证和演示，本课题组使用该方法设计了一种基于二氧化钒的自适应热控器件，实现了高温太阳吸收比低于0.2、高温发射率高于0.9、发射率差值大于0.8的优异性能。与传统的优化算法相比，生成神经网络以高自由度和更快的速度寻找最优解，与普通神经网络相比，全局优化网络考虑整体的优化目标，通过全局搜索寻找全局最优解，设计结果也证明了该方法在复杂设计任务中的实用性。
薄膜 多层膜 神经网络 自适应温度调控 二氧化钒
重庆邮电大学 通信与信息工程学院，重庆 400065
【目的】针对自由空间光（FSO）链路和射频（RF）链路的保密信息容易被外部窃听者窃听的问题，为提升混合RF/FSO通信系统的保密性能，同时考虑到实际工程中FSO链路往往无法满足视距条件且不同天线分支之间会由于收发模块小型化产生相关性，需要对可重构智能表面（RIS）辅助的混合RF/FSO系统的安全性能进行研究，以得到系统安全性能与RIS部署位置和天线相关性程度等参数的关系。
【方法】文章考虑单个窃听者，分别针对RF和FSO链路进行窃听，RF链路服从任意相关的Nakagami-m分布，FSO链路服从Gamma-Gamma分布。采用解码转发协议，推导得到了两种窃听场景下通信系统的安全中断概率（SOP）和严格正安全容量概率（SPSC）的闭合表达式，并对SOP进行了渐近分析。此外还利用Matlab软件进行了仿真实验，通过蒙特卡洛仿真来验证所推导公式的准确性。
【结果】仿真结果表明，将RIS部署在靠近接收端的位置可以降低系统的SOP，RF主信道的信道质量与窃听信道相比较好时，天线相关性程度的增加会使系统的SOP上升。
【结论】RIS辅助的FSO链路相比RF链路具有更好的安全性，虽然多天线分集技术能够有效提高系统的安全性能，但是类似指向误差和大气湍流引起的衰落，天线相关性也会对系统的安全性能造成损害，通过降低天线相关性程度能有效提升系统的安全性。
光通信 混合射频/自由空间光通信系统 可重构智能表面 天线相关性 物理层安全 optical communications mixed RF/FSO communication system RIS antenna correlation physical layer security 光通信研究
2024, 50(2): 22005601
闽南师范大学物理与信息工程学院光场调控及其系统集成应用福建省高校重点实验室，福建 漳州 363000
Ge/Si雪崩光电二极管（APD）被广泛应用于近红外探测领域，但由于Ge和Si之间存在4.2%的晶格失配，故难以获得高性能的Ge/Si APD。提出在Ge/Si键合界面处引入多晶硅（poly-Si）键合中间层，弱化Ge/Si失配晶格对APD器件性能的影响。poly-Si引入后键合界面电场发生变化，导致APD内部的电场重新分布，极大地影响了器件性能。因此，重点对Ge吸收层和Si倍增层的掺杂浓度进行调控，探究了掺杂浓度对Ge/Si APD电场、复合率、载流子浓度、碰撞电离等性能的影响，最终设计出高性能键合Ge/Si APD。本工作将为低噪声、高增益Ge/Si APD的研究提供理论指导。
材料 Ge/Si雪崩光电二极管 晶格失配 poly-Si键合层 掺杂浓度
闽南师范大学物理与信息工程学院光场调控及其系统集成应用福建省高校重点实验室，福建 漳州 363000
目前，在近红外波段中普遍采用InGaAs/InP雪崩光电二极管（APD），但这类APD存在增益带宽积小和等效噪声高等问题，而InGaAs/Si APD采用电子、空穴离化系数极低的Si材料作为倍增层，在一定程度解决了上述问题，但其制造过程涉及Si电荷层的离子注入和高温退火激活，该过程工艺复杂、杂质分布不均匀、成本高。因此，本研究采用刻蚀技术在Si倍增层内制备凹槽环，并在凹槽环内填充不同介质对InGaAs层及Si层内的电场进行调控，构建无电荷层InGaAs/Si APD器件模型。结果表明，在凹槽环内填充空气或SiO2可获得高性能的InGaAs/Si APD。该研究结果可为后续研制工艺简单、性能稳定、低噪声的InGaAs/Si APD提供理论指导。
探测器 雪崩光电二极管 增益带宽积 电荷层 凹槽环
