【技术实现步骤摘要】
本公开涉及光通信，尤其涉及一种基于单行载流子光电探测器的神经元。
技术介绍
1、在光电混合神经网络中，光子器件主要用于权重分配的功能，而电子器件则用来实现非线性激活函数。而对于神经网络而言，其性能的优劣主要取决于非线性激活函数的性能优劣。因此，将线性和非线性运算全部都集中在光域进行运算可以有效提升光计算的效率。
2、相关技术中，利用光子器件实现非线性激活函数的方案可以分为全光方案以及光电转换的方案。其中，全光方案实现非线性由于需要引起足够强的非线性交叉相位调制性效应，因此需要输入光功率足够高从而增加能耗。光电转换的方案则需要引入额外的延迟线来使得光信号与电信号同时进入光子器件，因而该方案的计算速度会受到限制并且也会增加系统的复杂度。
技术实现思路
1、本公开提供了一种基于单行载流子光电探测器的神经元，主要目的在于降低能耗，提高计算速度。
2、根据本公开的一方面，提供了一种基于单行载流子光电探测器的神经元，包括：非线性激活函数单元，非线性激活函数单元包括至少一对单行载流子光电探测器，至少一对单行载流子光电探测器中任一对单行载流子光电探测器包括第一单行载流子光电探测器和第二单行载流子光电探测器；其中，
3、第一单行载流子光电探测器对应的第一饱和光电流和第二单行载流子光电探测器对应的第二饱和光电流不同，非线性激活函数单元用于根据光电流之差与光强之间的对应关系实现激活函数的功能，其中，光电流之差为第一单行载流子光电探测器输出的第一光电流和第二单行载流子光
4、可选的，第一单行载流子光电探测器对应的第一饱和光强大于第二单行载流子光电探测器对应的第二饱和光强，光电流之差与光强之间的对应关系，包括：
5、在光强小于所述第二饱和光强时，所述第一单行载流子光电探测器对应的第一响应度和所述第二单行载流子光电探测器对应的第二响应度相同，所述光电流之差为零；
6、在光强不小于所述第二饱和光强且小于第一饱和光强时，所述第一响应度保持不变，所述第二响应度为零，所述第二光电流维持所述第二饱和光电流不变，所述光电流之差与所述光强成正比关系；
7、在光强不小于所述第一饱和光强时，所述第一响应度和所述第二响应度均为零，所述第一光电流维持所述第一饱和光电流不变，所述第二光电流维持所述第二饱和光电流不变，所述光电流之差为恒定差值。
8、可选的，所述第一单行载流子光电探测器和所述第二单行载流子光电探测器的吸收层厚度相同，以使在光强小于第二饱和光强时所述第一单行载流子光电探测器对应的第一响应度和所述第二单行载流子光电探测器对应的第二响应度相同；
9、所述第一单行载流子光电探测器和所述第二单行载流子光电探测器中除所述吸收层厚度之外的其他结构尺寸或者其他外延层掺杂浓度不同，以使所述第一饱和光电流和所述第二饱和光电流不同。
10、可选的，其他结构尺寸包括悬崖层的厚度和掺杂浓度、收集层的厚度和掺杂浓度、耗尽吸收层和非耗尽吸收层的厚度比例以及掺杂浓度。
11、可选的，基于单行载流子光电探测器的神经元还包括光源、线性计算单元和输出单元；其中，
12、光源与线性计算单元的输入端连接，用于输出至少两束第一光信号至线性计算单元；
13、线性计算单元的输出端与非线性激活函数单元的输入端连接，用于对光源输入的至少两束第一光信号进行线性计算，得到并输出第二光信号至非线性激活函数单元；
14、非线性激活函数单元的输出端与输出单元连接，用于对第二光信号均分为至少两路第三光信号，并根据单行载流子光电探测器将第三光信号转换为电流信号；
15、输出单元，用于将至少一对单行载流子光电探测器之间的电流差信号转换为电压信号，并输出电压信号。
16、可选的，光源包括至少两个半导体激光器，半导体激光器包括以下至少一种：
17、分布反馈半导体激光器；
18、分布式布拉格半导体激光器；
19、垂直腔面发射半导体激光器。
20、可选的，线性计算单元包括至少两个第一幅度调制器、至少两个第二幅度调制器、波分复用器，半导体激光器、第一幅度调制器以及第二幅度调制器一一对应；其中，
21、第一幅度调制器的输入端与半导体激光器的输出端连接，用于根据输入信号对第一光信号进行幅度调制，得到第一子光信号；
22、第二幅度调制器的输入端与第一幅度调制器的输出端连接，用于根据权重信号对第一子光信号进行幅度调制，得到第二子光信号；
23、波分复用器的输入端与至少两个第二幅度调制器的输出端连接，用于对至少两个第二子光信号进行合波处理，得到第二光信号。
24、可选的，第一幅度调制器和第二幅度调制器均包括以下至少一种：
25、电吸收型调制器；
26、马赫曾德尔型调制器；
27、微环调制器。
28、可选的，非线性激活函数单元包括多模干涉仪；其中，
29、多模干涉仪的输入端与线性计算单元的输出端连接，用于对第二光信号进行均分处理，得到至少两路第三光信号；
30、单行载流子光电探测器的输入端与多模干涉仪的输出端连接，用于将第三光信号转换为电流信号；
31、单行载流子光电探测器的输出端与输出单元连接。
32、可选的，输出单元包括跨阻放大器，其中，
33、跨阻放大器的输入端与非线性激活函数单元的输出端连接。
34、综上，本公开实施例提供的基于单行载流子光电探测器的神经元，包括：非线性激活函数单元，非线性激活函数单元包括至少一对单行载流子光电探测器，至少一对单行载流子光电探测器中任一对单行载流子光电探测器包括第一单行载流子光电探测器和第二单行载流子光电探测器；其中，第一单行载流子光电探测器对应的第一饱和光电流和第二单行载流子光电探测器对应的第二饱和光电流不同，非线性激活函数单元用于根据光电流之差与光强之间的对应关系实现激活函数的功能，其中，光电流之差为第一单行载流子光电探测器输出的第一光电流和第二单行载流子光电探测器输出的第二光电流之间的差值。因此，通过在非线性激活函数单元中结合单行载流子光电探测器的饱和吸收效应，可以在具备更高的光饱和输出功率的同时拥有更大的带宽，可以处理更加高速的信号，减小光电转换速率对于光学计算速度的影响，从而可以提高神经元的计算速度。同时，单行载流子光电探测器可以在零偏压条件下工作，相较于其他方案能耗更低，从而可以降低神经元的能耗。
35、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
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1.一种基于单行载流子光电探测器的神经元，其特征在于，包括：非线性激活函数单元，所述非线性激活函数单元包括至少一对单行载流子光电探测器，所述至少一对单行载流子光电探测器中任一对单行载流子光电探测器包括第一单行载流子光电探测器和第二单行载流子光电探测器；其中，
2.根据权利要求1所述的基于单行载流子光电探测器的神经元，其特征在于，所述第一单行载流子光电探测器对应的第一饱和光强大于所述第二单行载流子光电探测器对应的第二饱和光强，所述光电流之差与光强之间的对应关系，包括：
3.根据权利要求2所述的基于单行载流子光电探测器的神经元，其特征在于，所述第一单行载流子光电探测器和所述第二单行载流子光电探测器的吸收层厚度相同，以使在光强小于第二饱和光强时所述第一单行载流子光电探测器对应的第一响应度和所述第二单行载流子光电探测器对应的第二响应度相同；
4.根据权利要求3所述的基于单行载流子光电探测器的神经元，其特征在于，所述其他结构尺寸包括悬崖层的厚度和掺杂浓度、收集层的厚度和掺杂浓度、耗尽吸收层和非耗尽吸收层的厚度比例以及掺杂浓度。
5.根据权利要
6.根据权利要求5所述的基于单行载流子光电探测器的神经元，其特征在于，所述光源包括至少两个半导体激光器，所述半导体激光器包括以下至少一种：
7.根据权利要求5所述的基于单行载流子光电探测器的神经元，其特征在于，所述线性计算单元包括至少两个第一幅度调制器、至少两个第二幅度调制器、波分复用器，所述半导体激光器、所述第一幅度调制器以及所述第二幅度调制器一一对应；其中，
8.根据权利要求7所述的基于单行载流子光电探测器的神经元，其特征在于，所述第一幅度调制器和所述第二幅度调制器均包括以下至少一种：
9.根据权利要求5所述的基于单行载流子光电探测器的神经元，其特征在于，所述非线性激活函数单元包括多模干涉仪；其中，
10.根据权利要求5所述的基于单行载流子光电探测器的神经元，其特征在于，所述输出单元包括跨阻放大器，其中，
...【技术特征摘要】
1.一种基于单行载流子光电探测器的神经元，其特征在于，包括：非线性激活函数单元，所述非线性激活函数单元包括至少一对单行载流子光电探测器，所述至少一对单行载流子光电探测器中任一对单行载流子光电探测器包括第一单行载流子光电探测器和第二单行载流子光电探测器；其中，
2.根据权利要求1所述的基于单行载流子光电探测器的神经元，其特征在于，所述第一单行载流子光电探测器对应的第一饱和光强大于所述第二单行载流子光电探测器对应的第二饱和光强，所述光电流之差与光强之间的对应关系，包括：
3.根据权利要求2所述的基于单行载流子光电探测器的神经元，其特征在于，所述第一单行载流子光电探测器和所述第二单行载流子光电探测器的吸收层厚度相同，以使在光强小于第二饱和光强时所述第一单行载流子光电探测器对应的第一响应度和所述第二单行载流子光电探测器对应的第二响应度相同；
4.根据权利要求3所述的基于单行载流子光电探测器的神经元，其特征在于，所述其他结构尺寸包括悬崖层的厚度和掺杂浓度、收集层的厚度和掺杂浓度、耗尽吸收层和非耗尽吸收层的厚度比例以...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭张皖，潘炜炜，姚偌云，宫敏，池超旦，吉晨，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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