【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及神經(jīng)形態(tài)光子計算和尖峰神經(jīng)網(wǎng)絡，尤其是指一種模擬生物大腦神經(jīng)元動力學的邏輯運算系統(tǒng)、模擬生物大腦神經(jīng)元動力學的異或運算方法及模擬生物大腦神經(jīng)元動力學的或非運算方法。
技術(shù)介紹
1、神經(jīng)形態(tài)計算主要從信息處理角度對人腦神經(jīng)元進行抽象，通過建立相應的神經(jīng)計算模型和系統(tǒng)來模擬生物大腦神經(jīng)網(wǎng)絡處理、記憶信息的方式進行信息處理。尖峰神經(jīng)網(wǎng)絡通過模擬大腦的結(jié)構(gòu)和功能實現(xiàn)對信息的處理，例如：尖峰神經(jīng)網(wǎng)絡在接收到外部刺激達到閾值時會以峰值的形式做出反應，其響應的稀疏尖峰序列包含了外部刺激的時間及強度等信息。與傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡相比，尖峰神經(jīng)網(wǎng)絡具有功耗低、并行處理能力強等優(yōu)點，因此引起了廣泛關注。
2、半導體激光器作為一種典型的可興奮器件，其在外部擾動下可以實現(xiàn)興奮性輸出，例如光反饋、電流調(diào)制、光注入和相互耦合等，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便和易于集成等優(yōu)點，因此，非常適合用于模擬尖峰神經(jīng)網(wǎng)絡中的神經(jīng)元，從而構(gòu)建尖峰神經(jīng)網(wǎng)絡。
3、近年來，研究人員利用半導體激光器等光子器件作為尖峰神經(jīng)網(wǎng)絡中的神經(jīng)元，從而構(gòu)建能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯運算、頻率編碼和模式識別等功能的尖峰神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)，這些構(gòu)建得到的邏輯運算系統(tǒng)、頻率編碼系統(tǒng)和模式識別系統(tǒng)可以高效地處理復雜的傳感器數(shù)據(jù)，因此在自動駕駛、醫(yī)療健康和工業(yè)自動化等領域均具有廣泛應用。現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)提出基于雙調(diào)制光注入方案的垂直腔面發(fā)射激光器模擬神經(jīng)元動力學以及實現(xiàn)異或邏輯運算的系統(tǒng)、基于垂直腔面光放大器載流子恢復特性的光子異或邏輯運算系統(tǒng)，這些系統(tǒng)利用兩個半導體激光器作為邏輯運算的第一輸入
4、綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中利用半導體激光器模擬生物大腦神經(jīng)元動力學的邏輯運算系統(tǒng)存在體積較大、運算結(jié)果準確性和運算速率低的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為此，本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的利用半導體激光器模擬生物大腦神經(jīng)元動力學的邏輯運算系統(tǒng)存在體積較大、運算結(jié)果準確性和運算速率低的問題。
2、為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供了一種模擬生物大腦神經(jīng)元動力學的邏輯運算系統(tǒng)，包括：
3、注入光模塊，用于產(chǎn)生波長可調(diào)諧的第一注入光信號和第二注入光信號；其中，所述第一注入光信號和所述第二注入光信號的頻率均大于等于垂直腔面發(fā)射激光器的響應頻率；
4、光調(diào)制模塊，其輸入端與所述注入光模塊的輸出端相連，用于對所述第一注入光信號和所述第二注入光信號進行調(diào)制耦合，輸出耦合信號；
5、垂直腔面發(fā)射激光器，其輸入端與所述光調(diào)制模塊的輸出端相連，用于接收所述耦合信號，并在xp偏振方向和yp偏振方向分別對所述耦合信號中的兩路注入光信號進行激光響應，從而實現(xiàn)邏輯運算；
6、輸出模塊，其輸入端與所述垂直腔面發(fā)射激光器的輸出端相連，用于將所述垂直腔面發(fā)射激光器的激光響應以時序形式輸出，得到邏輯運算結(jié)果。
7、優(yōu)選地，所述注入光模塊包括：
8、第一可調(diào)諧激光器，用于產(chǎn)生波長可調(diào)諧的第一注入光信號；
9、第二可調(diào)諧激光器，用于產(chǎn)生波長可調(diào)諧的第二注入光信號。
10、優(yōu)選地，所述光調(diào)制模塊包括：
11、第一任意波形發(fā)生器，用于產(chǎn)生第一調(diào)制電信號；
12、第一馬赫曾德爾調(diào)制器，其輸入端與所述第一可調(diào)諧激光器的輸出端和所述第一任意波形發(fā)生器的輸出端相連，用于基于所述第一調(diào)制電信號對所述第一注入光信號進行調(diào)制；
13、第二任意波形發(fā)生器，用于產(chǎn)生第二調(diào)制電信號；
14、第二馬赫曾德爾調(diào)制器，其輸入端與所述第二可調(diào)諧激光器的輸出端和所述第二任意波形發(fā)生器的輸出端相連，用于基于所述第二調(diào)制電信號對所述第二注入光信號進行調(diào)制；
15、第一光耦合器，用于對所述第一注入光信號和所述第二注入光信號進行耦合，輸出耦合信號。
16、優(yōu)選地，所述輸出模塊包括：
17、光電探測器，其輸入端與所述垂直腔面發(fā)射激光器的輸出端相連，用于將所述垂直腔面發(fā)射激光器的激光響應轉(zhuǎn)換為電信號；
18、示波器，其輸入端與所述光電探測器的輸出端相連，用于將所述電信號以時序形式輸出。
19、優(yōu)選地，所述輸出模塊還包括：
20、光譜分析儀，其輸入端與所述垂直腔面發(fā)射激光器的輸出端相連，用于獲取所述垂直腔面發(fā)射激光器的激光響應對應的光譜響應數(shù)據(jù)。
21、優(yōu)選地，所述輸出模塊還包括：
22、第二光耦合器，其輸入端與所述垂直腔面發(fā)射激光器的輸出端相連，其第一輸出端與所述光電探測器的輸入端相連，其第二輸出端與所述光譜分析儀的輸入端相連，用于將所述垂直腔面發(fā)射激光器的激光響應分為第一激光響應和第二激光響應，并將所述第一激光響應輸入所述光電探測器，以便所述光電探測器將所述第一激光響應轉(zhuǎn)換為電信號，將所述第二激光響應輸入所述光譜分析儀，以便所述光譜分析儀獲取所述第二激光響應對應的光譜響應數(shù)據(jù)。
23、本專利技術(shù)還提供了一種模擬生物大腦神經(jīng)元動力學的異或邏輯運算方法，所述方法利用上述的模擬生物大腦神經(jīng)元動力學的邏輯運算系統(tǒng)實現(xiàn)，包括：
24、利用注入光模塊產(chǎn)生波長可調(diào)諧的第一注入光信號和第二注入光信號；其中，所述第一注入光信號和所述第二注入光信號的頻率均大于等于垂直腔面發(fā)射激光器的響應頻率；
25、利用光調(diào)制模塊分別對所述第一注入光信號和所述第二注入光信號進行調(diào)制耦合，將所述第一注入光信號的頻率調(diào)整至第一預設范圍，將所述第二注入光信號的頻率調(diào)整至第二預設范圍，使得調(diào)制后的第一注本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種模擬生物大腦神經(jīng)元動力學的邏輯運算系統(tǒng)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬生物大腦神經(jīng)元動力學的邏輯運算系統(tǒng)，其特征在于，所述注入光模塊包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬生物大腦神經(jīng)元動力學的邏輯運算系統(tǒng)，其特征在于，所述光調(diào)制模塊包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬生物大腦神經(jīng)元動力學的邏輯運算系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出模塊包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬生物大腦神經(jīng)元動力學的邏輯運算系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出模塊還包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的模擬生物大腦神經(jīng)元動力學的邏輯運算系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出模塊還包括：
7.一種模擬生物大腦神經(jīng)元動力學的異或運算方法，其特征在于，所述方法利用權(quán)利要求1~6任一項所述的模擬生物大腦神經(jīng)元動力學的邏輯運算系統(tǒng)實現(xiàn)，包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的模擬生物大腦神經(jīng)元動力學的異或運算方法，其特征在于，當所述垂直腔面發(fā)射激光器的響應頻率為20ns-1時，
9.一種模擬生物大腦神經(jīng)元動力學的或非運算方法，其特征在于，所
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的模擬生物大腦神經(jīng)元動力學的或非運算方法，其特征在于，當所述垂直腔面發(fā)射激光器的響應頻率為20ns-1時，所述第三預設范圍為10ns-1~18ns-1，所述第四預設范圍為6ns-1~10ns-1。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種模擬生物大腦神經(jīng)元動力學的邏輯運算系統(tǒng)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬生物大腦神經(jīng)元動力學的邏輯運算系統(tǒng)，其特征在于，所述注入光模塊包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬生物大腦神經(jīng)元動力學的邏輯運算系統(tǒng)，其特征在于，所述光調(diào)制模塊包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬生物大腦神經(jīng)元動力學的邏輯運算系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出模塊包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬生物大腦神經(jīng)元動力學的邏輯運算系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出模塊還包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的模擬生物大腦神經(jīng)元動力學的邏輯運算系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出模塊還包括：
7.一種模擬生物大腦神經(jīng)元動力...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉晨，毛樂陶，李念強，還羽瑤，封毓航，張雨鵬，周沛，
申請(專利權(quán))人：蘇州大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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