[發明專利]一種基于光學神經網絡的時域光信號處理方法及系統

在審

• 申請號: 202211192297.7
• 申請日: 2022-09-28
• 公開（公告）號: CN115514411A
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 周俊鶴;嚴佳欣;蒲浩乾
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H04B10/07
• 分類號: H04B10/07;H04B10/079;H04B10/25
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔡彭君

1.一種基于光學神經網絡的時域光信號處理方法，其特征在于，包括以下步驟：

獲取光路已準確連通的確認信號；

獲取經過編碼的混合時域光信號；

構建光學神經網絡并進行訓練，所述光學神經網絡包括多個中間層，用于提取輸入的混合時域光信號的光學特征并進行分類，其中，所述中間層的結構包括依次連接的光學相位調制器，第一色散模塊，非線性激活模塊，第二色散模塊；

訓練光學神經網絡，采用背向傳播算法確定光學相位調制器的調節參數；

將混合時域光信號對準中間層的光學相位調制器，實現將信號輸入到訓練完成的光學神經網絡，調節光學相位調制器，使得其調制相位與訓練結果一致，完成時域信號的識別，得到分類完成的時域光信號。

2.根據權利要求1所述的一種基于光學神經網絡的時域光信號處理方法，其特征在于，所述光學相位調制器通過調制光信號的相位來加載權重，將網絡神經元權重編碼至輸入的光信號的相位上：

其中，是調制相位，U_in(t)是輸入的混合時域光信號，是光學相位調制器的輸出信號。

3.根據權利要求1所述的一種基于光學神經網絡的時域光信號處理方法，其特征在于，光信號經過色散模塊發生色散傳輸；

其中，是時域光信號的傅里葉變換，是色散模塊的輸入信號，是色散模塊的輸出信號，D是色散系數，單位為ps²。

4.根據權利要求1所述的一種基于光學神經網絡的時域光信號處理方法，其特征在于，將發生色散并且加載了相位權重的光信號通過非線性激活模塊進行非線性的變換，實現非線性激活函數：

其中，γ為非線性系數，為非線性激活模塊的輸出信號，為非線性激活模塊的輸入信號。

5.根據權利要求4所述的一種基于光學神經網絡的時域光信號處理方法，其特征在于，所述非線性激活模塊由非線性光纖或半導體光放大器構成。

6.一種基于光學神經網絡的時域光信號處理系統，其特征在于，包括：

發射模塊，用于獲取光路準確連通確認模塊發送的確認信號并發射經過編碼的混合時域光信號；

基于光學神經網絡的光信號處理模塊，用于執行以下步驟：獲取經過編碼的混合時域光信號；構建光學神經網絡并進行訓練，所述光學神經網絡包括多個中間層，用于提取輸入的混合時域光信號的光學特征并進行分類，其中，所述中間層的結構包括依次連接的光學相位調制器，第一色散模塊，非線性激活模塊，第二色散模塊；訓練光學神經網絡，采用背向傳播算法確定光學相位調制器的調節參數；將混合時域光信號對準中間層的光學相位調制器，實現將信號輸入到訓練完成的光學神經網絡，調節光學相位調制器，使得其調制相位與訓練結果一致；

接收模塊，用于接收光信號處理模塊的輸出信號，完成時域信號的識別，得到分類完成的時域光信號；

光路準確連通確認模塊，用于確認發射模塊、光學神經網絡和接收模塊的位置，保證光路準確連通。

7.根據權利要求6所述的一種基于光學神經網絡的時域光信號處理系統，其特征在于，所述光學相位調制器通過調制光信號的相位來加載權重，將網絡神經元權重編碼至輸入的光信號的相位上：

其中，是調制相位，U_in(t)是輸入的混合時域光信號，是光學相位調制器的輸出信號。

8.根據權利要求6所述的一種基于光學神經網絡的時域光信號處理系統，其特征在于，光信號經過色散模塊發生色散傳輸；

其中，是時域光信號的傅里葉變換，是色散模塊的輸入信號，是色散模塊的輸出信號，D是色散系數，單位為ps²。