基於光纖中受激拉曼散射效應的光神經元的製作方法
2023-10-07 13:41:54
專利名稱：基於光纖中受激拉曼散射效應的光神經元的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及光通信技術領域，尤其是涉及一種基於光纖中受激拉曼散射效應的光神經元。
背景技術：
通過模擬人腦層次結構，人們構造出新的計算系統——人工神經網絡。它是模擬生物神經系統的組織結構，處理方式和系統功能的一類人工智慧系統。由於人工神經網絡是一種具有大量連接並行分布式處理器，使得它通過學習解決模式識別，感知和複雜環境中做出決策實際問題，比起只能按人事先編好的程序機械的執行的計算機，它有更好的解決問題和適應環境的能力。由於VLSI技術的日趨成熟，目前比較成功的做法就是利用VLSI技術在矽片上直接實現各種神經網絡模型。超大規模集成電路(VLSI)處理器的實現分為以下幾種:(I)模擬VLSI實現，模擬實現是從執行一些網絡函數，勘測簡單的物理作用出發的。模擬電路的硬體實現形式固定，很難實現設計的復用性，模擬電路設計自動化和設計綜合軟體的發展也不如數字電路的成熟，這一切限制了模擬電路在神經網絡硬體實現中的應用。(2)數字VLSI實現，數字電路容易實現模塊化設計且擴展性、適用性強，可以達到任意的設計精度，得到許多數字電路設計自動化工具的支持，對噪音和溫度的抗幹擾性能也優於模擬電路。但是在相對緊張的矽片面積和非線性激勵函數的實現一直是數字電路發展的瓶頸，影響了數字電路在硬體實現方面的應用。(3)模/數混合VLSI實現，數模混合電路結合了數字電路和模擬電路的特點，用模擬電路實現算法結構，用數字存儲器和數模轉換器替代電容實現神經元權值的存儲。神經元之間的數字通信降低了電路對噪音信號的敏感度，然而數模混合電路應用還依賴於數模設計自動化工具的發展。神經網絡的關鍵因素是對神經元的連接。由於電子引線不能互相短路交叉，引線靠近時會發生耦合，高速電脈衝在引線上傳播時要發生色散和延遲，以及電子器件的扇入和扇出係數較低等問題，使得高密度的電子互連在技術上有很大困難。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種基於光纖中受激拉曼散射效應的光神經元，其設計新穎合理，實現方便且成本低，功耗小，噪聲低，信息處理速度快，可擴展性強，實用性強，使用效果好，便於推廣使用。為解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案是:一種基於光纖中受激拉曼散射效應的光神經元，其特徵在於:包括用於發射(N-1)個信號光的(N-1)個外部光發射機、用於發射第一本地信號光的第一本地光發射機、用於發射第二本地信號光的第二本地發射機和用於對電信號做減法運算處理的減法器，以及用於對(N-1)個外部光發射機發射的(N-1)個信號光和第一本地光發射機發射的第一本地信號光進行耦合的合波器，第I (N-1)個所述外部光發射機的輸出端分別通過(N-1)根第一光纖與所述合波器的第I (N-1)個輸入端相連接,第一本地光發射機的輸出端通過第二光纖與所述合波器的第N個輸入端連接，所述合波器的輸出端通過用於通過受激拉曼散射的非線性效應來進行功率累加求和運算的第三光纖連接有用於濾出經過功率累計求和運算後的第一本地信號光的光濾波器，所述光濾波器的輸出端通過第四光纖連接有用於將經過功率累計求和運算後的第一本地信號光轉換為電信號的第一光電轉換器，第二本地光發射機的輸出端通過第五光纖連接有用於將第二本地發射機輸出的第二本地信號光轉換為電信號的第二光電轉換器，所述第一光電轉換器的輸出端與所述減法器的正極輸入端電連接，所述第二光電轉換器的輸出端與所述減法器的負極輸入端電連接，所述減法器的輸出端電連接有用於將電信號轉換為光信號輸出的雷射二極體，其中，N為合波器的信道總數N-1個所述外部光發射機的輸出光子通量與所述第一本地光發射機的輸出光子通量相等。上述的基於光纖中受激拉曼散射效應的光神經元，其特徵在於:所述光神經元的權值為正，(N-1)個所述外部光發射機的中心波長和所述第一本地光發射機的中心波長λΝ依次從小到大排列。上述的基於光纖中受激拉曼散射效應的光神經元，其特徵在於:所述第一本地光發射機的中心波長λΝ滿足頻移計算公式Δν =(1/1) — HUn)，其中，I為N-1個所述外部光發射機的中心波長的平均值，Λ V為頻移量且Λ V的取值範圍為300CHT1 500CHT1。上述的基於光纖中受激拉曼散射效應的光神經元，其特徵在於:所述光神經元的
權值有正有負，(Ν-1)個所述外部光發射機的中心波長中，有個的中心波長依次從小到大
排列且均小於所述第一本地光發射機的中心波長2U另外個的中心波長依次從
小到大排列且均大於所述第一本地光發射機的中心波長N/2-1;其中，N為偶數。
2上述的基於光纖中受激拉曼散射效應的光神經元，其特徵在於:所述第
一本地光發射機的中心波長~+1滿足頻移計算公式如N/2-1和
權利要求1.一種基於光纖中受激拉曼散射效應的光神經兀，其特徵在於:包括用於發射(N-1)個信號光的(N-1)個外部光發射機(I)、用於發射第一本地信號光的第一本地光發射機(2)、用於發射第二本地信號光的第二本地發射機(3)和用於對電信號做減法運算處理的減法器(4)，以及用於對(N-1)個外部光發射機(I)發射的(N-1)個信號光和第一本地光發射機(2)發射的第一本地信號光進行耦合的合波器(5)，第I (N-1)個所述外部光發射機(O的輸出端分別通過N-1根第一光纖(6)與所述合波器(5)的第I (N-1)個輸入端相連接，第一本地光發射機(2)的輸出端通過第二光纖(7)與所述合波器(5)的第N個輸入端連接，所述合波器(5)的輸出端通過用於通過受激拉曼散射的非線性效應來進行功率累加求和運算的第三光纖(8)連接有用於濾出經過功率累計求和運算後的第一本地信號光的光濾波器(9)，所述光濾波器(9)的輸出端通過第四光纖(10)連接有用於將經過功率累計求和運算後的第一本地信號光轉換為電信號的第一光電轉換器(11)，第二本地光發射機(3)的輸出端通過第五光纖(12 )連接有用於將第二本地發射機(3 )輸出的第二本地信號光轉換為電信號的第二光電轉換器(13),所述第一光電轉換器(11)的輸出端與所述減法器(4)的正極輸入端電連接，所述第二光電轉換器(13)的輸出端與所述減法器(4)的負極輸入端電連接，所述減法器(4)的輸出端電連接有用於將電信號轉換為光信號輸出的雷射二極體(14)，其中，N為合波器(5)的信道總數，(N-1)個所述外部光發射機(I)的輸出光子通量與所述第一本地光發射機(2)的輸出光子通量相等。
2.按照權利要求1所述的基於光纖中受激拉曼散射效應的光神經元，其特徵在於:所述光神經元的權值為正，(N-1)個所述外部光發射機(I)的中心波長和所述第一本地光發射機(2)的中心波長λ N依次從小到大排列。
3.按照權利要求2所述的基於光纖中受激拉曼散射效應的光神經元，其特徵在於:所述第一本地光發射機(2)的中心波長λΝ滿足頻移計算公式Δν=(1/Ι) — (I/λΝ),其中，2為N-1個所述外部光發射機(I)的中心波長的平均值，Λν為頻移量且Λν的取值範圍為300cm 1 500cm 1O
4.按照權利要求1所述的基於光纖中受激拉曼散射效應的光神經元，其特徵在於:所述光神經兀的權值有正有負，(N-1)個所述外部光發射機(I)的中心波長中,有j個的中心波長依次從小到大排列且均小於所述第一本地光發射機(2)的中心波長~+1』另外(#-1 ) 個的中心波長依次從小到大排列且均大於所述第一本地光發射機(2)的中心波長iZ+^其中，N為偶數。
5.按照權利要求4所述的基於光纖中受激拉曼散射效應的光神經元，其特徵在於:所述第一本地光發射機(2)的中心波長2I1滿足頻移計算公式=和 Δ" =(l/l^+i)-(l/I2)，其中，7為尋個所述外部光發射機⑴的中心波長的平均值，尋2Ai 22個所述外部光發射機(I)的中心波長依次從小到大排列且均小於所述第一本地光發射機(2)的中心波長7力(尋-1 )個所述外部光發射機(I)的中心波長的平均值，(蘭-1 )個所述外部光發射機(I)的中心波長依次從小到大排列且均大於所述第一本地光發射機(2)的中心波長。
6.按照權利要求1所述的基於光纖中受激拉曼散射效應的光神經元，其特徵在於:所述減法器(4)由運算放大器Ul以及電阻R1、R2、R3和Rf構成，所述運算放大器Ul的正極輸入端與所述電阻R2的一端和電阻R3的一端相接，所述電阻R2的另一端為所述減法器(4)的正極輸入端，所述電阻R3的另一端接地，所述運算放大器Ul的負極輸入端與所述電阻Rl的一端和電阻Rf的一端相接，所述電阻Rl的另一端為所述減法器(4)的負極輸入端，所述運算放大器Ul的輸出端與所述電阻Rf的另一端相接且為所述減法器(4)的輸出端。
7.按照權利要求1所述的基於光纖中受激拉曼散射效應的光神經元，其特徵在於:所述第三光纖(8)為高非線性光纖，所述高非線性光纖在1370nm 1700nm的波長範圍內非線性係數範圍為lOW^knT1 所述高非線性光纖在波長1550n m處的非線性係數為.36.，所述高非線性光纖在1370nm 1700nm的波長範圍內色散值範圍為O 0.6ps/(nm.km)，所述高非線性光纖在1370nm 1700nm的波長範圍內色散斜率範圍為-0.2 .0.2 。
專利摘要本實用新型公開了一種基於光纖中受激拉曼散射效應的光神經元，包括外部光發射機、第一本地光發射機、第二本地發射機和減法器，合波器，合波器的輸出端通過用於通過受激拉曼散射的非線性效應來進行功率累加求和運算的第三光纖連接有光濾波器，光濾波器的輸出端連接有第一光電轉換器，第二本地光發射機的輸出端連接有第二光電轉換器，第一光電轉換器的輸出端與減法器的正極輸入端電連接，第二光電轉換器的輸出端與減法器的負極輸入端電連接，減法器的輸出端電連接有用於將電信號轉換為光信號輸出的雷射二極體。本實用新型設計新穎合理，實現方便且成本低，功耗小，噪聲低，信息處理速度快，可擴展性強，實用性強，使用效果好，便於推廣使用。
文檔編號H04B10/25GK203071941SQ20132006736
公開日2013年7月17日 申請日期2013年2月5日 優先權日2013年2月5日
發明者鞏稼民, 左旭, 趙雲, 冷斌, 袁心易, 李棟, 方健, 鞏明輝 申請人:西安郵電大學