[發明專利]光學非線性激活單元、方法和光子神經網絡

有效

• 申請號: 202110834109.5
• 申請日: 2021-07-19
• 公開（公告）號: CN113595649B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 李強;田野;劉勝平;王瑋;趙洋
• 申請（專利權）人: 聯合微電子中心有限責任公司
• 主分類號: H04B10/516
• 分類號: H04B10/516;H04B10/532;H04B10/564;G06N3/04
• 代理公司: 北京市漢坤律師事務所 11602
• 代理人: 初媛媛;吳麗麗

1.一種光學非線性激活單元，包括：

第一偏振態控制器，被配置為調整輸入光學信號的偏振態，所述輸入光學信號具有輸入光功率；

半導體光放大器，與所述第一偏振態控制器光學耦接，被配置為引起來自所述第一偏振態控制器的輸入光學信號的自偏振旋轉；

第二偏振態控制器，與所述半導體光放大器光學耦接，被配置為調整來自所述半導體光放大器的輸入光學信號的偏振態；以及

偏振分束器，與所述第二偏振態控制器光學耦接，被配置為將來自所述第二偏振態控制器的輸入光學信號分束為經由所述偏振分束器的水平偏振態輸出端口輸出的第一光學信號和經由所述偏振分束器的垂直偏振態輸出端口輸出的第二光學信號，

其中，所述第一偏振態控制器和所述第二偏振態控制器被配置為使得：

對于具有第一值的所述輸入光功率，第二偏振態控制器的輸出光學信號被設置為目標偏振態，以使得所述第一光學信號和所述第二光學信號之一具有最小的輸出光功率，并且

對于具有不同于所述第一值的第二值的所述輸入光功率，所述第一光學信號具有作為所述輸入光功率的第一非線性函數的輸出光功率，并且所述第二光學信號具有作為所述輸入光功率的第二非線性函數的輸出光功率。

2.如權利要求1所述的光學非線性激活單元，其中，所述半導體光放大器被配置使得所述第一非線性函數和所述第二非線性函數隨所述半導體光放大器的偏置電流的變化而變化。

3.如權利要求1所述的光學非線性激活單元，其中，所述第一非線性函數不同于所述第二非線性函數。

4.如權利要求1所述的光學非線性激活單元，還包括：

2×1光學開關，與所述水平偏振態輸出端口和所述垂直偏振態輸出端口光學耦接，用于選擇所述第一光學信號和所述第二光學信號之一，作為所述光學非線性激活單元的輸出。

5.如權利要求1所述的光學非線性激活單元，其中，所述第一偏振態控制器和第二偏振態控制器中的每一個包括從以下各項所組成的組中選擇的一項：

擠壓式光纖偏振控制器；三環型機械式光纖偏振控制器和集成偏振控制器。

6.一種光子神經網絡，包括如權利要求1至5中任一項所述的光學非線性激活單元。

7.如權利要求6所述的光子神經網絡，包括：

第一層神經網絡，包括所述光學非線性激活單元；以及

第二層神經網絡，與所述第一層神經網絡級聯以接收所述光學非線性激活單元的輸出。

8.如權利要求7所述的光子神經網絡，其中，所述第一層神經網絡還包括：

電處理器，用于將輸入數據處理為電學信號；

光源，用于產生光學信號；

光調制器，用于利用所述電學信號調制從所述光源產生的光學信號，以得到已調制光學信號；以及

光子矩陣乘法器，用于對所述已調制光學信號進行線性變換為已變換光學信號，

其中，所述光學非線性激活單元與所述光子矩陣乘法器光學耦接以接收所述已變換光學信號作為所述輸入光學信號。

9.如權利要求6所述的光子神經網絡，包括：

光信號生成器，用于產生輸出光學信號；以及

光子矩陣乘法器，用于對所述輸出光學信號進行線性變換為已變換光學信號，

其中，所述光學非線性激活單元與所述光子矩陣乘法器光學耦接以接收所述已變換光學信號作為所述輸入光學信號，并且將所述第一光學信號或所述第二光學信號饋送回所述光子矩陣乘法器以循環地進行矩陣計算。

10.如權利要求9所述的光子神經網絡，其中，所述光信號生成器包括：

電處理器，用于將輸入數據處理為電學信號；

光源，用于產生光學信號；

光調制器，用于利用所述電學信號調制從所述光源產生的光學信號，以得到所述輸出光學信號。