[發(fā)明專利]一種基于垂直腔半導體光放大器的低功耗光學突觸裝置

有效

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• 申請日: 2018-08-01
• 公開（公告）號: CN110794635B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發(fā)明（設計）人: 項水英;張雅慧;龔俊楷
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G02F3/00
• 分類號: G02F3/00;G06E3/00
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 王丹

本發(fā)明公開了基于垂直腔半導體光放大器的低功耗光學突觸裝置。該發(fā)明屬于光信息處理技術領域，主要應用于光子脈沖神經網絡的構建。所述的裝置如附圖所示，包括兩個垂直腔面發(fā)射半導體激光器VCSEL1，VCSEL2，可調光延時線VODL，兩個光耦合器OC1，OC2，三端口光環(huán)型器Circulator，垂直腔半導體光放大器VCSOA，為垂直腔半導體光放大器提供偏置電流和溫度控制的Bias and TEC，兩個帶通濾波器λ₁，λ₂。通過VCSEL輸出的光脈沖注入到VCSOA中，證明VCSOA具有實現光學突觸的功能。本發(fā)明裝置在保證了實現光學突觸功能的情況下，功耗低，并且對輸入信號的輸入功率要求低，時間窗口調諧范圍大。

技術領域

一種基于垂直腔半導體光放大器的低功耗光學突觸裝置屬于光信息處理技術領域，具體涉及一種實現低功耗光學突觸的方法。

背景技術

相比于傳統(tǒng)的馮諾依曼體系，光子神經形態(tài)計算結合了光子學和類腦計算的特點，在功耗和內存方面有很大的優(yōu)勢。光子神經網絡主要包括光子脈沖神經元和光子突觸兩個功能模塊。低功耗是光子神經網絡器件的關鍵需求之一。研究發(fā)現，脈沖時間依賴可塑性是主要的突觸權重更新規(guī)則，且與大腦中的學習和記憶高度相關。

就目前的研究進展而言，主要是通過半導體光放大器實現光域的脈沖時間依賴可塑性。而通常情況下，半導體光放大器的工作電流比較大，在幾十到幾百毫安，不能滿足光子神經網絡的低功耗需求。

發(fā)明內容

鑒于以上陳述的已有技術的不足，本發(fā)明旨在提供一種能實現脈沖時間依賴可塑性的低功耗光學突觸裝置。

本發(fā)明的目的是通過如下手段來實現的。

一種基于垂直腔半導體光放大器的低功耗突觸裝置，包括兩個垂直腔面發(fā)射半導體激光器VCSEL1，VCSEL2、可調光延時線VODL，兩個光耦合器OC1，OC2，三端口光環(huán)型器Circulator，垂直腔半導體光放大器VCSOA，為垂直腔半導體光放大器提供偏置電流和溫度控制的Bias and TEC，兩個帶通濾波器λ₁，λ₂，其特征在于，VCSE1輸出端與OC1的一個輸入端相連；VCSEL2的輸出端與VODL的輸入端相連；VODL的輸出端與OC1的另一個輸入端相連；OC1的輸出端與Circulator的1端口相連；Circulator的2端口與VCSOA相連；Circulator的3端口與OC2的輸入端相連；OC2的兩個輸出端分別于λ₁，λ₂的輸入端相連；Bias and TEC與VCSOA相連；λ₁，λ₂的輸出端經光電探測器與示波器相連進行測試。

經以上設計后，使VCSEL1，VCSEL2分別輸出一個光脈沖；其中VCSEL2輸出的光脈沖經VODL與VCSEL1輸出的光脈沖形成時間差；兩個光脈沖經OC1，Circulator注入到VCSOA；VCSOA作用后的兩個光脈沖經Circulator，OC2，λ₁，λ₂分別輸出；通過調整VODL，可觀察到光域的脈沖時間依賴可塑性。

本發(fā)明基于垂直腔半導體光放大器的低功耗光學突觸裝置和已報道的光學突觸裝置相比有如下優(yōu)點：低功耗，偏置電流為0.5mA～0.64mA即可工作。需要的輸入光信號功率小，僅需要微瓦級即可工作。時間窗口大范圍調諧，連續(xù)調諧的時間范圍為-1500ps到1500ps。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置的系統(tǒng)框圖；

圖2為在VCSOA的偏置電流為0.6mA，VCSEL2的波長為1550.36nm，輸出的脈沖功率為5μw時，脈沖時間依賴可塑性曲線圖；

圖3為在VCSOA的偏置電流為0.64mA，VCSEL2的波長為1550.36nm，輸出的脈沖功率為5μw時，脈沖時間依賴可塑性曲線圖；