【资讯】面向新型加密成像的存算一体紫外探测器

       针对紫外光电器件领域长期存在的“探测要快、记忆需慢”这一核心难题，本研究制备了具备动态切换工作模式的能力的AIScN/GaN异质结多功能紫外探测器，该器件可通过偏压调控，实现兼具高速光电探测与类脑记忆存储两种功能。如图1(a)所示，在较低偏压下，器件表现出快速的光电响应与恢复特性，可应用于实时探测；当偏压升高至5 V以上时，器件则呈现出明显的持久光电导效应，光电流在光照停止后缓慢衰减，展现出类记忆行为。其背后的物理机制在于：光电流的衰减时间常数（τ）可通过偏压进行连续而精确的调节，如图1(b)所示。如图1(c)所示，τ值随偏压从1 V时的1.56秒单调增加至20 V时的14.26秒，这意味着器件的“记忆”时长可以由外部电压直接控制。

       在双模调控的基础上，研究还基于器件的响应特性，进一步将光响应动力学转化成了物理安全密钥，进而构建出无需复杂算法的硬件加密新方法。如图3(a)所示，器件的发送端通过将图像信息编码为光信号，同时控制器件偏压按特定时序在高、低电压间切换，基于动态偏压与器件的快慢响应特性的结合，实现将输出信号转换为难以破解的复杂函数。图3(b)的时域信号结果进一步证明了具体的加密效果：原始光信号经过动态偏压调制后，输出电流呈现出完全不同的形态。这种加密方式的安全优势源于其物理特性。如图3(c)所示，只有使用相同器件并精确复现相同偏压序列的接收方，才能重建出清晰图像，而任何密钥偏差都会导致信号完全失真。为验证该加密方案的有效性，研究还构建了专用的卷积神经网络识别架构，如图3(d)所示。实验验证结果表明，授权接收的识别准确率高达99%，而无密钥攻击的准确率接近随机水平，如图3(e)-3(g)所示。该研究结果为光学信息安全提供了全新的硬件解决方案。

       本研究提出并制备了一种基于AIScN/GaN异质结的多功能紫外探测器，通过偏置电压动态调控，可同时实现快速、紫外光探测与类脑记忆的功能集成。低偏压下，该器件能够以9.37×10¹² Jones的探测率完成高速紫外光感知，适配高速成像与光通信场景；在较高偏压下，可精准模拟生物突触可塑性关键功能，同时依托其独特动态光电响应特性构建硬件级加密光学成像方案，实现安全图像访问。该器件可在实现感算功能融合的同时，有效解决感算融合中的核心速度矛盾，进而完成从“感知-计算”到“安全”的功能跃升，证明了其在多功能集成与信息安全领域的实用性。研究成果为多功能集成器件研发面临的功能兼容、速度匹配等多重挑战提供了切实可行的技术路径。在未来，随着该类器件朝着集成工艺优化与系统设计升级的方向进一步发展，在自动驾驶感知、边缘智能计算等领域新型存算一体器件的部署将迎来新的“蓝海时期”。

参考文献： 中国光学期刊网

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