[發(fā)明專利]全光感算一體光場(chǎng)智能處理系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111138513.5
• 申請(qǐng)日: 2021-09-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113595637B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方璐;周天貺;顧思遠(yuǎn);袁肖赟;戴瓊海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B10/25
• 分類號(hào): H04B10/25;H04B10/29;G06N3/067
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅嵐

1.一種全光感算一體光場(chǎng)智能處理系統(tǒng)，其特征在于，包括：

采集模塊，由數(shù)字微鏡與耦合光纖組成，用于通過(guò)所述數(shù)字微鏡與所述耦合光纖的組合，將二維的空間光信號(hào)映射成一維的輸入信號(hào)；

循環(huán)計(jì)算模塊，用于構(gòu)建循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)所述輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)算得到預(yù)處理信號(hào)，其中，所述循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的表達(dá)式為：

其中，h^t和h^t-1代表t和t-1時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)中的隱藏狀態(tài)向量，x^t代表t時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)的輸入向量，y^t代表t時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)的輸出向量；W和b代表相應(yīng)的權(quán)重及偏置， f_NL表示非線性函數(shù)；

輸出模塊，包括光電探測(cè)器或者中繼光纖，所述光電探測(cè)器，用于接收所述預(yù)處理信號(hào)，通過(guò)所述光電探測(cè)器輸出電信號(hào)；或者所述中繼光纖，用于將所述預(yù)處理信號(hào)通過(guò)所述中繼光纖進(jìn)行中繼傳輸。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光感算一體光場(chǎng)智能處理系統(tǒng)，其特征在于，所述采集模塊，用于：

所述二維的空間光信號(hào)是采用降維壓縮的方式采集，所述將二維的空間光信號(hào)映射成一維的輸入信號(hào)是通過(guò)DMD調(diào)制的掩膜轉(zhuǎn)換，并且利用壓縮感知以使得光信號(hào)的形式連續(xù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光感算一體光場(chǎng)智能處理系統(tǒng)，其特征在于，所述循環(huán)計(jì)算模塊，包括：光纖環(huán)結(jié)構(gòu)，用于作為信號(hào)傳輸與耦合的載體，順序執(zhí)行所述循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的全光感算一體光場(chǎng)智能處理系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖環(huán)結(jié)構(gòu)，包括：調(diào)制器、光纖放大器、光纖延遲線、耦合器和非線性器件。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的全光感算一體光場(chǎng)智能處理系統(tǒng)，其特征在于，

所述調(diào)制器，用于產(chǎn)生信號(hào)序列w，與輸入信號(hào)序列x進(jìn)行耦合，并得到加權(quán)信號(hào)w*x；

所述光纖放大器，用于增益所述光信號(hào)以補(bǔ)償所述光信號(hào)在光纖傳播中的衰減；

所述光纖延遲線，用于將時(shí)間間隔的信號(hào)進(jìn)行耦合，以提供延遲；

所述耦合器，用于將光按比例分流，一部分直接輸出，剩余部分在所述光纖環(huán)結(jié)構(gòu)中循環(huán)；

所述非線性器件，用于提供非線性響應(yīng)函數(shù)，所述非線性響應(yīng)函數(shù)的曲線呈飽和吸收的形狀。

6.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的全光感算一體光場(chǎng)智能處理系統(tǒng)，其特征在于，所述循環(huán)計(jì)算模塊，還包括，訓(xùn)練模塊，用于構(gòu)建特定的訓(xùn)練集對(duì)所述循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行訓(xùn)練與部署，并產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的全光感算一體光場(chǎng)智能處理系統(tǒng)，其特征在于，所述訓(xùn)練模塊中的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)包括：DMD調(diào)制的圖樣、調(diào)制器調(diào)制的信號(hào)和光纖放大器的工作電壓中的多種。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的全光感算一體光場(chǎng)智能處理系統(tǒng)，其特征在于，所述循環(huán)計(jì)算模塊還用于，采取隨機(jī)生成與梯度下降相結(jié)合的方式，通過(guò)構(gòu)建特定的訓(xùn)練集生成特定場(chǎng)景下的所述網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。

9.一種全光感算一體光場(chǎng)智能處理方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，所述方法包括：

通過(guò)數(shù)字微鏡與耦合光纖的組合，將二維的空間光信號(hào)映射成一維的輸入信號(hào)；

構(gòu)建循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的乘加模型，對(duì)所述輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)算得到預(yù)處理信號(hào)；

接收所述預(yù)處理信號(hào)，通過(guò)光電探測(cè)器輸出電信號(hào)，或者將所述預(yù)處理信號(hào)通過(guò)中繼光纖進(jìn)行中繼傳輸。