[發明專利]一種基于硅基微腔的類神經元光脈沖輸出系統

有效

• 申請號: 202010160201.3
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111348611B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 吳加貴;袁歡;張金平;鄧陽;王澤豪
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: B81B3/00
• 分類號: B81B3/00;B81B7/02;G06N3/067
• 代理公司: 重慶智慧之源知識產權代理事務所(普通合伙) 50234
• 代理人: 余洪

本發明提供一種基于硅基微腔的類神經元光脈沖輸出系統，包括，激光光源，光隔離器，偏振光片，硅光機械微腔，光電二極管，高速示波器，光譜分析儀；所述激光光源與光隔離器第一端連接；所述光隔離器第二端與所述偏正光片第一端連接；所述偏正光片第二端與所述硅光機械微腔第一端連接；所述硅光機械微腔第二端與所述光譜分析儀連接；所述硅光機械微腔第二端與光電二極管正極連接；光電二極管負極分別與高速示波器，和光譜分析儀連接。本發明提供類神經元spiking(脈沖)的光脈沖輸出裝置，脈沖時間尺度在納秒范圍，比生物神經元的毫秒量級時間尺度，速度快了接近一百萬倍度。

技術領域

本發明涉及類腦計算技術領域，具體涉及一種基于硅基微腔的類神經元光脈沖輸出系統。

背景技術

隨著人工智能的飛速發展，大數據時代的到來，數據的處理和計算量每年都呈現出指數式的增加，對計算機的計算要求日益增強，使得按照馮·諾依曼原理工作的計算機在很多方面都無法滿足計算的需求。今年來研究發現，人類的大腦具有非常強的智能處理能力，遠遠的超過了現在計算速度最快的計算機。受到人類大腦的啟發，人們開始將目光轉向人工神經元的研究。基于硅基微腔的類神經元光脈沖智能芯片具有低能耗，體積小、集成度高的特點。在提高了數據處理效率同時降低功耗，節約成本。

人工神經元是將生物神經元的生物模型轉化為數學模型。人工神經元的處理單元的工作原理是對每個輸入信號進行加權處理確定其強度，對所有的輸入信號求和確定組合效果，通過激勵函數確定其輸出。21世紀以來，以人工神經元技術在各個領域都有著快速的發展，使得人工神經元越來越受到人們的重視。人工神經元的飛速發展也使得人工智能領域的有了更廣闊的應用空間。谷歌團隊開發了Alphago，它是以深度學習和蒙特卡搜索算法為基礎的人工智能，在2017年5月21日的烏鎮圍棋峰會上，打敗了世界第一棋手柯潔。近年來，關于人工神經元的研究取得了突破性的進展，由牛津大學、明斯特大學、埃克塞特大學組成的研究團隊研制了一種人工神經元芯片，在光的作用下，該芯片可以模擬生物神經元和突觸。英國巴斯大學設計出了一種人工神經元芯片，該神經元芯片可以再現出生物神經元的一系列行為。人工神經元在經過幾十年的研究與發展，滲透在各個領域，它也表現出了巨大的潛力，未來在人臉識別、聲音識別、醫療、農業等領域都將會有巨大的發展空間。

發明內容

本發明的發明目的是：將硅基技術與神經元技術結合，模擬生物神經元響應行為，實現類神經元的光脈沖的產生的基于硅基微腔的類神經元光脈沖輸出方案。

本發明提供一種基于硅基微腔的類神經元光脈沖輸出系統，包括，激光光源，光隔離器，偏振光片，硅光機械微腔，光電二極管，高速示波器，光譜分析儀；

所述激光光源與光隔離器第一端連接；

所述光隔離器第二端與所述偏正光片第一端連接；

所述偏正光片第二端與所述硅光機械微腔第一端連接；

所述硅光機械微腔第二端與所述光譜分析儀連接；

所述硅光機械微腔第二端與光電二極管正極連接；

光電二極管負極分別與高速示波器，和光譜分析儀連接。

進一步的，

所述光隔離器用于防止外界干擾光的擾動；

所述偏振控制器用于得到線偏振光；

所述硅基光子微腔芯片用于通過載流子自發極限環振蕩和光機械振蕩的耦合輸出光脈沖；所述光電二極管用于將光信號轉化為電信號；

所述高速示波器和光譜分析儀用于對波形進行分析。

進一步的，

所述硅光機械微腔的硅基材料周期性的布置微小圓孔得到工作在C波段的光子晶體結構，并形成光學能帶結構。