【技术实现步骤摘要】
本申请属于光信号处理领域，更具体地，涉及一种全光非线性激活器、其实现方法、网络结构及计算芯片。
技术介绍
1、随着数据库技术、人工智能、数理统计和并行计算等技术的发展与融合，数据挖掘技术应运而生。在大数据时代，数据挖掘的应用范围非常广泛，包括金融、医疗、市场营销和社交媒体等领域。数据挖掘是从庞大数据中挖掘出有潜在价值信息的信息处理技术，它包括神经网络、遗传算法、粗糙集、支持向量机和决策树等多门技术，其中神经网络法具有良好的自学习和含联想储存功能，能够高速寻找优化解，有效提高需求预测准确率。在数据挖掘中，神经网络常用于处理大规模数据集，通过学习数据之间的关系来进行分类、回归或聚类等任务。神经网络的强大之处在于其能够从数据中提取复杂的非线性关系，并逐步改进其性能以更好地适应数据。因此，神经网络在数据挖掘中被广泛应用于各种领域，包括图像识别、自然语言处理、推荐系统等。
2、如今，大多数应用的人工神经网络都是建立在冯·诺依曼电子计算机上的软件模拟。尽管神经网络具有先进的性能，但随着摩尔定律所体现的电子晶体管的指数缩放接近其物理极限，电子硬件实现已经达到了不可持续的性能增长，其中速度和能量从根本上受到寄生电容、隧道效应和串扰的限制。因此，尽管目前电子处理器占据主导地位，但下一代计算模式的发展尤其值得期待。得益于光学传输具备高带宽、低损耗、低延时、低功耗、可高度并行的优势，光计算有望在多方面解决目前人工智能技术发展中所面临的能耗和计算效率的挑战，成为未来人工智能计算硬件架构的主流实现方式之一。
3、现有的光计算架构主
4、到目前为止，现有技术针对全光非线性激活做了大量的工作，半导体光放大器等有源器件因其丰富的非线性效应和独特的光放大特性而被提出实现全光非线性激活，但由于其体积相对较大，不利于光电混合集成以及大规模生产，硅基全光非线性激活依然受到高度关注。相变材料与微环谐振腔的结合来实现全光非线性激活也是可行的，比如一种硅上石墨烯结构的非线性微环谐振腔（micro-ring resonator，mrr），由于石墨烯材料的非线性效应更强，该结构的响应速度可以达到 ghz 量级。但与谐振腔结合的器件工作带宽较小，限制神经网络的信息处理容量。此外，现有全光非线性激活仅支持单一波长的激光运算，计算效率较低。因此构建损耗低、响应速率高、带宽大且计算效率高的互补型金属氧化物半导体（complementary metal oxide semiconductor，cmos ）兼容的全光非线性激活器并与光子线性矩阵结构结合实现全光计算的光子结构芯片是迫在眉睫的。
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷，本申请的目的在于提供一种全光非线性激活器、其实现方法、网络结构及计算芯片，旨在解决现有光计算采用的全光非线性激活器的带宽小、体积大且计算效率低的问题。
2、为实现上述目的，第一方面，本申请提供了一种全光非线性激活器，包括：光线性干涉单元（microdisk-assisted mach-zehnder interferometer，mzd）和光非线性激活单元（all-optical nonlinear activator，ona）；
3、所述光线性干涉单元包括：至少一个光线性干涉器件；每个光线性干涉器件包括：干涉仪和第一调整器；所述第一调整器，用于调整入射到干涉仪的不同波长激光在不同干涉臂处的分裂比，所述干涉仪，用于对入射的激光进行线性运算；
4、所述光非线性激活单元的至少一个输入端与光线性干涉单元的至少一个输出端连接，用于对非线性干涉单元输出的激光进行全光非线性激活。
5、需要说明的是，上述分裂比指的是光强比，即一个波长激光在不同干涉臂上的光强比。当某个波长在不同干涉臂处的分裂比不同时，则说明该波长在不同干涉臂上的光强比不同。其中，不同干涉臂指包括至少两个干涉臂。
6、进一步地，可以理解的是，第一调整器调整不同波长在不同干涉臂处的分裂比，可以使光线性干涉器件支持多波长并行，即波分复用（wavelength division multiplex，wdm）线性运算。可选地，此处的线性运算可以是矩阵向量乘法（matrix-vectormultiplication，mvm）。
7、本领域技术人员可以理解的是，当干涉仪中一个波长在不同干涉臂上的分裂比不同时，则代表在不同干涉臂上可以对光运算的权重进行调节；而当干涉仪中多个波长在不同干涉臂的分裂比均可以调节时，则提升了干涉仪的计算维度，使光线性干涉器件支持多波长并行线性运算，能够大大提高计算效率。
8、在一种可能的实现方式中，所述光非线性激活单元的带宽大于预设带宽，和/或在预设带宽内的损耗低于预设损耗值。
9、可以理解的是，当光非线性激活单元在某波长处的损耗低于预设损耗值，即损耗较低时，能够实现对该处波长的非线性激活，否则当其损耗较高时将无法实现非线性激活。进一步地，光非线性激活单元的带宽大于预设带宽，目的是为了实现对多波长的非线性并行激活，提升运算效率。
10、在一种可能的实现方式中，所述光非线性激活单元，包括：至少一个硅波导；
11、所述光非线性激活单元利用硅波导在预设波长处的双光子吸收（two-photonabsorption，tpa）效应对光线性干涉单元输出的激光进行全光非线性激活。
12、示例地，通过对材料的选择，例如选择硅波导材料，可以实现宽带宽。上述硅波导的横截面可以大于预设面积，长度可以大于预设长度，以便实现低损耗。
13、进一步地，当硅波导的横截面较大时，也可称其为多模硅波导。通常情况下，当硅波导横截面较大时，能够降低光场与侧壁的散射损耗，损耗较低。
14、另外，本领域技术人员可以理解的是，为支持多波长并行非线性激活，光非线性激活单元的带宽宽度通常可以是几nm到几十nm；具体带宽的实现可通过对波导材料的选择以及波长横截面、长度等参数的配置实现。本申请对具体参数不做具体限定，本领域技术人员可根据实际情况进行设置。
15、在一种可能的实现方式中，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种全光非线性激活器，其特征在于，包括：光线性干涉单元和光非线性激活单元；
2.根据权利要求1所述的全光非线性激活器，其特征在于，所述光非线性激活单元的带宽大于预设带宽，和/或在预设带宽内的损耗低于预设损耗值。
3.根据权利要求1或2所述的全光非线性激活器，其特征在于，所述光非线性激活单元，包括：至少一个硅波导；
4.根据权利要求1所述的全光非线性激活器，其特征在于，所述第一调整器包括：可调谐移相器和微环谐振腔中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的全光非线性激活器，其特征在于，每个光线性干涉器件还包括：第二调整器；
6.一种全光非线性激活器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.一种全光非线性激活实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一调整器包括：可调谐移相器和微环谐振腔中的至少一个；和/或
9.一种光神经网络结构，其特征在于，包括权利要求1至5任一项所述的全光非线性激活器。
10.一种光计算芯片，其特征在于，包括权
...【技术特征摘要】
1.一种全光非线性激活器，其特征在于，包括：光线性干涉单元和光非线性激活单元；
2.根据权利要求1所述的全光非线性激活器，其特征在于，所述光非线性激活单元的带宽大于预设带宽，和/或在预设带宽内的损耗低于预设损耗值。
3.根据权利要求1或2所述的全光非线性激活器，其特征在于，所述光非线性激活单元，包括：至少一个硅波导；
4.根据权利要求1所述的全光非线性激活器，其特征在于，所述第一调整器包括：可调谐移相器和微环谐振腔中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的全光非线性激...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓慧，何梦，吴江，汪润，陈一，何梦婷，蒋子可，欧桂燕，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：
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