人眼视网膜上分布着两类结构优化的负责光电转换的光感受器细胞(视细胞),分别是负责明视的视锥细胞和负责暗视的视杆细胞,它们是人眼内活的光波导。目前对视细胞的研究工作主要都集中在其电学和生理特性上,对光学特性研究工作鲜有报道,而这些特性对理解视细胞的优化结构具有重要意义。本文利用了光波导理论,深入研究了人眼视细胞相关部位的工作模式,光波模场分布特性,视细胞内光的耦合损耗,视细胞间的光互扰特性,及视觉中的黄金分割现象。发现视锥细胞外段模场直径在其几何直径附近取得最小值,这有利于降低外段间的光互扰,提高空间分辨率;视杆细胞外段工作在多模状态有利于提高其灵敏度;视锥细胞几何直径的微小变化对其模场直径影响不大,有利于其功能的稳定;视锥细胞的椭球体能够有效匹配外段和肌样体的模场,减小其间的耦合损耗,有利于提高其灵敏度;从光学特性角度证明了椭球体不可或缺,采取其他方式取代椭球体的功能,总会带来视细胞性能的降低;发现视觉中的多个黄金分割点。在上述研究基础上,将能够探测单光子的人眼视杆细胞与APD单光子探测器(SPAD)进行类比,提出了从模仿视杆细胞的横向尺寸和模仿视细胞相关部位的归一化频率等两个方面出发,对现有的通信波段SPAD进行仿生优化设计。结果表明仿生优化的SPAD在暗计数率(DCR)、后脉冲概率(AP)、光子探测效率(PDE)、工作温度、工作频率等重要性能上都将获得提升。