نشریه علمی پژوهش های نوین در سامانه های دفاع الکترونیکی

نشریه علمی پژوهش های نوین در سامانه های دفاع الکترونیکی

طراحی حسگر دفاع الکترونیکی مبتنی بر بلور فوتونی با بهره‌گیری از یادگیری عمیق

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 استادیار، گروه فناوری اطلاعات و ارتباطات، دانشگاه علوم انتظامی امین، تهران، ایران.
2 گروه مهندسی برق، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران
10.22034/joeds.2025.523947.1093
چکیده
این مطالعه رویکردی نوآورانه را برای ارتقاء عملکرد حسگرهای رزونانس پلاسمون سطحی (SPR) معرفی می‌کند؛ بدین‌صورت که ساختارهای بلور فوتونی با بهینه‌سازی مبتنی بر یادگیری عمیق تلفیق شده‌اند. با هدف پر کردن خلأ پژوهشی در زمینه چارچوب‌های جامع که به‌طور هم‌زمان پارامترهای هندسی و مواد را بهینه‌سازی می‌کنند، روش‌شناسی این تحقیق شامل تعریف پارامترهای ساختاری، تولید مجموعه داده آموزشی از طریق شبیه‌سازی‌های الکترومغناطیسی FDTD، آموزش مدل رمزگذار خودکار عمیق، و اجرای فرآیند بهینه‌سازی چندمرحله‌ای است که ترکیبی از جستجوی تصادفی، روش گرادیانی SLSQP و الگوریتم‌های ژنتیک را برای دستیابی به طراحی‌های بهینه جهانی به‌کار می‌گیرد.نتایج تجربی نشان می‌دهند که حسگر SPR مبتنی بر بلور فوتونیِ بهینه‌شده، حساسیت بالای ۹۹٫۲۲ نانومتر/واحد ضریب شکست (nm/RIU) و خطی‌بودن بسیار مطلوبی با ضریب تعیین (R² = 0.9998) دارد. همچنین، حد تشخیص پایین (LOD) برابر با ۲۴۵٫۹۲ نانوگرم بر میلی‌لیتر به همراه تحلیل سینتیک‌های اتصال، توانایی حسگر را در پایش بلادرنگ تعاملات مولکولی تأیید می‌کند. نوآوری اصلی این پژوهش در بهره‌گیری هم‌افزایانه از یادگیری عمیق و مهندسی بلور فوتونی نهفته است؛ به‌گونه‌ای که امکان بهینه‌سازی هم‌زمان چندین پارامتر طراحی و ارتقاء چشمگیر عملکرد حسگر فراهم شده است. این حسگر با تلفیق مهندسی نانوفوتونیک و هوش مصنوعی، توسعه سامانه‌های دفاعی با قابلیت تشخیص سریع، دقت بالا و مصرف انرژی بهینه را ممکن می‌سازد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Design Electronic Defense Sensor of Photonic Crystal with Deep Learning

نویسندگان English

Behnam Dorostkar 1
درانی Dorrani 2
1 Department of Information and Communication, Amin Police University, Tehran, Iran.
2 Department of Electrical Engineering, Payame Noor University, Tehran, Iran.
چکیده English

This study introduces an innovative approach to enhance surface plasmon resonance (SPR) sensors by integrating photonic crystal structures with deep learning-based optimization. Addressing the research gap in comprehensive frameworks that simultaneously optimize geometric and material parameters, the methodology consists of defining structural parameters, generating a training dataset via FDTD electromagnetic simulations, training a deep autoencoder model, and implementing a multi-stage optimization process combining random search, gradient-based SLSQP, and genetic algorithms to achieve globally optimal sensor designs. Experimental results demonstrate that the optimized photonic crystal SPR sensor achieves a high sensitivity of 99.22 nm/RIU and excellent linearity (R² = 0.9998). A low limit of detection (LOD) of 245.92 ng/mL, alongside binding kinetics analysis, further confirms the sensor's capability for real-time monitoring of molecular interactions. The main innovation lies in the synergistic use of deep learning and photonic crystal engineering, enabling simultaneous optimization of multiple design parameters and significant performance enhancement. This sensor combines nanophotonic engineering and artificial intelligence to enable the development of defense systems with rapid detection capabilities, high precision, and optimized energy consumption.

کلیدواژه‌ها English

Deep Learning
Electronic Defense Sensor
Photonic Crystal
Surface Plasmon