光学非线性激活单元、方法和光子神经网络技术

光学非线性激活单元，包括：第一偏振态控制器，调整具有输入光功率的输入光信号的偏振态；半导体光放大器，引起来自第一偏振态控制器的输入光信号的自偏振旋转；第二偏振态控制器，调整来自半导体光放大器的输入光信号的偏振态；以及偏振分束器，将来自第二偏振态控制器的输入光信号分束为经由水平偏振态输出端口输出的第一光信号和经由垂直偏振态输出端口输出的第二光信号，第一偏振态控制器和第二偏振态控制器被配置为使得：对于具有第一值的输入光功率，第二偏振态控制器的输出光学信号被设置为目标偏振态，并且对于具有第二值的输入光功率，第一光信号具有第一非线性函数的输出光功率，并且第二光学信号具有第二非线性函数的输出光功率。数的输出光功率。数的输出光功率。

【技术实现步骤摘要】
光学非线性激活单元、方法和光子神经网络


[0001]本公开涉及光学神经网络领域，特别是涉及一种光学非线性激活单元、光学非线性激活函数的实现方法、光子神经网络。

技术介绍

[0002]在现在人工智能最热门的深度学习中，其运算过程主要涉及两个部分：矩阵乘法和非线性激活函数。非线性是神经网络具备强大表达能力的根源，可以加快网络的收敛速度、提升识别的准确率，使得神经网络可以解决复杂的非线性问题，是神经网络中不可或缺的组成部分。常用的非线性激活函数包括sigmoid、tanh、softplus、ReLU等。
[0003]用光来完成深度学习算法，其本质在于用光来实现矩阵乘法和非线性激活函数。光学非线性激活单元对来自光学矩阵乘法单元的信号光进行非线性变换运算，本质上是在模拟神经元的功能。在相关技术中，非线性激活函数运算一般在电域中进行。如何在光域中实现非线性激活函数仍然具有广阔的研究前景。

技术实现思路

[0004]提供一种缓解、减轻或者甚至消除上述问题中的一个或多个的机制将是有利的。
[0005]根据本公开的一方面，提供了一种光学非线性激活单元，包括：第一偏振态控制器，被配置为调整输入光学信号的偏振态，输入光学信号具有输入光功率；半导体光放大器，与第一偏振态控制器光学耦接，被配置为引起来自第一偏振态控制器的输入光学信号的自偏振旋转；第二偏振态控制器，与半导体放大器光学耦接，被配置为调整来自半导体光放大器的输入光学信号的偏振态；以及偏振分束器，与第二偏振态控制器光学耦接，被配置为将来自第二偏振态控制器的输入光学信号分束为经由偏振分束器的水平偏振态输出端口输出的第一光学信号和经由偏振分束器的垂直偏振态输出端口输出的第二光学信号，其中，第一偏振态控制器和第二偏振态控制器被配置为使得：对于具有第一值的输入光功率，第二偏振态控制器的输出光学信号被设置为目标偏振态，并且对于具有不同于第一值的第二值的输入光功率，第一光学信号具有作为输入光功率的第一非线性函数的输出光功率，并且第二光学信号具有作为输入光功率的第二非线性函数的输出光功率。
[0006]根据本公开的另一方面，提供了一种光子神经网络，包括如上所述的光学非线性激活单元。
[0007]根据本公开的另一方面，提供了一种实现光学非线性激活函数的方法，包括：由第一偏振态控制器调整输入光学信号的偏振态，输入光学信号具有输入光功率；由半导体光放大器引起来自第一偏振态控制器的输入光学信号的自偏振旋转；由第二偏振态控制器调整来自半导体光放大器的输入光学信号的偏振态；由偏振分束器将来自第二偏振态控制器的输入光学信号分束为经由偏振分束器的水平偏振态输出端口输出的第一光学信号和经由偏振分束器的垂直偏振态输出端口输出的第二光学信号；以及调整第一偏振态控制器和第二偏振态控制器，以使得：对于具有第一值的输入光功率，第二偏振态控制器的输出光学
信号被设置为目标偏振态，并且对于具有不同于第一值的第二值的输入光功率，第一光学信号具有作为输入光功率的第一非线性函数的输出光功率，并且第二光学信号具有作为输入光功率的第二非线性函数的输出光功率。
[0008]根据在下文中所描述的实施例，本公开的这些和其它方面将是清楚明白的，并且将参考在下文中所描述的实施例而被阐明。
附图说明
[0009]在下面结合附图对于示例性实施例的描述中，本公开的更多细节、特征和优点被公开，在附图中：
[0010]图1是根据本公开示例性实施例的光学非线性激活单元的结构的示意性框图；
[0011]图2A
‑
2C是相关技术中控制半导体光放大器的输出偏振态的示意性视图；
[0012]图3是根据本公开另一示例性实施例的光学非线性激活单元的结构的示意性框图；
[0013]图4A是根据本公开示例性实施例的采用图1的光学非线性激活单元时的水平端口的非线性输出；
[0014]图4B是根据本公开示例性实施例的采用图1的光学非线性激活单元时的垂直端口的非线性输出；
[0015]图5A是根据本公开另一示例性实施例的采用图1的光学非线性激活单元时的水平端口的非线性输出；
[0016]图5B是根据本公开另一示例性实施例的采用图1的光学非线性激活单元时的垂直端口的非线性输出；
[0017]图6是根据本公开示例性实施例的光子神经网络的示意性框图；
[0018]图7是根据本公开另一示例性实施例的光子神经网络的示意性框图；
[0019]图8是根据本公开示例性实施例的光学非线性激活函数的实现方法的流程图。
具体实施方式
[0020]将理解的是，尽管术语第一、第二、第三等等在本文中可以用来描述各种元件、部件、区、层和/或部分，但是这些元件、部件、区、层和/或部分不应当由这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分相区分。因此，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可以被称为第二元件、部件、区、层或部分而不偏离本公开的教导。
[0021]诸如“在
…
下面”、“在
…
之下”、“较下”、“在
…
下方”、“在
…
之上”、“较上”等等之类的空间相对术语在本文中可以为了便于描述而用来描述如图中所图示的一个元件或特征与另一个(些)元件或特征的关系。将理解的是，这些空间相对术语意图涵盖除了图中描绘的取向之外在使用或操作中的器件的不同取向。例如，如果翻转图中的器件，那么被描述为“在其他元件或特征之下”或“在其他元件或特征下面”或“在其他元件或特征下方”的元件将取向为“在其他元件或特征之上”。因此，示例性术语“在
…
之下”和“在
…
下方”可以涵盖在
…
之上和在
…
之下的取向两者。诸如“在
…
之前”或“在
…
前”和“在
…
之后”或“接着是”之类的术语可以类似地例如用来指示光穿过元件所依的次序。器件可以取向为其他方式(旋
转90度或以其他取向)并且相应地解释本文中使用的空间相对描述符。另外，还将理解的是，当层被称为“在两个层之间”时，其可以是在该两个层之间的唯一的层，或者也可以存在一个或多个中间层。
[0022]本文中使用的术语仅出于描述特定实施例的目的并且不意图限制本公开。如本文中使用的，单数形式“一个”、“一”和“该”意图也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。将进一步理解的是，术语“包括”和/或“包含”当在本说明书中使用时指定所述及特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关联的列出项目中的一个或多个的任意和全部组合，并且短语“A和B中的至少一个”是指仅A、仅B、或A和B两者。
[0023]将理解的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学非线性激活单元，包括：第一偏振态控制器，被配置为调整输入光学信号的偏振态，所述输入光学信号具有输入光功率；半导体光放大器，与所述第一偏振态控制器光学耦接，被配置为引起来自所述第一偏振态控制器的输入光学信号的自偏振旋转；第二偏振态控制器，与所述半导体放大器光学耦接，被配置为调整来自所述半导体光放大器的输入光学信号的偏振态；以及偏振分束器，与所述第二偏振态控制器光学耦接，被配置为将来自所述第二偏振态控制器的输入光学信号分束为经由所述偏振分束器的水平偏振态输出端口输出的第一光学信号和经由所述偏振分束器的垂直偏振态输出端口输出的第二光学信号，其中，所述第一偏振态控制器和所述第二偏振态控制器被配置为使得：对于具有第一值的所述输入光功率，第二偏振态控制器的输出光学信号被设置为目标偏振态，并且对于具有不同于所述第一值的第二值的所述输入光功率，所述第一光学信号具有作为所述输入光功率的第一非线性函数的输出光功率，并且所述第二光学信号具有作为所述输入光功率的第二非线性函数的输出光功率。2.如权利要求1所述的光学非线性激活单元，其中，所述半导体光放大器被配置使得所述第一非线性函数和所述第二非线性函数随所述半导体光放大器的偏置电流的变化而变化。3.如权利要求1所述的光学非线性激活单元，其中，所述第一非线性函数不同于所述第二非线性函数。4.如权利要求1所述的光学非线性激活单元，还包括：2
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1光学开关，与所述水平偏振态输出端口和所述垂直偏振态输出端口光学耦接，用于选择所述第一光学信号和所述第二光学信号之一，作为所述光学非线性激活单元的输出。5.如权利要求1所述的光学非线性激活单元，其中，所述第一偏振态控制器和第二偏振态控制器中的每一个包括从以下各项所组成的组中选择的一项：挤压式光纤偏振控制器；三环型机械式光纤偏振控制器和集成偏振控制器。6.一种光子神经网络，包括如权利要求1至5中任一项所述的光学非线性激活单元。7.如权利要求6所述的光子神经网络，包括：第一层神经网络，包括所述光学非线性激活单元；以及第二层神经网络，与所述第一层神经网络级联以接收所述光学非线性激活单元的输出。8.如权利要求7所述的光子神经网络，其中，所述第一层神经网络还包括：电处理器，用于将输入数据处理为电学信号；光源，用于产生光学信号；光调制器，用于利用所述电学信号调制从所述光源产生的光学信号，以得到已调制光学信号；以及光子矩阵乘法器，用于对所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李强，田野，刘胜平，王玮，赵洋，
申请(专利权)人：联合微电子中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：