[发明专利]全光学神经网络

权利要求书

1.一种用于实现光学神经元的系统，该系统包括：

一个或更多个光束，其作为所述光学神经元的输入；

线性子系统，其构造成执行光学求和运算，该光学求和运算组合一个或更多个光束以产生耦合光束作为中间信号；

非线性子系统，其构造成基于所述耦合光束执行光学非线性运算以产生激活响应信号，其中，所述非线性子系统包括非线性光学介质，所述非线性光学介质具有电磁感应的透明性(EIT)特性，并且其中，所述激活响应信号包括通过所述非线性光学介质传输的探测光束，所述非线性光学介质由所述中间信号非线性地控制；以及

一个或多个额外的光束，其作为所述光学神经元的输出，其中所述一个或多个额外的光束从所述激活响应信号中分出来。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述非线性子系统包括：

探测激光器，其构造成产生指向所述非线性光学介质的所述探测光束，使得基于所述耦合光束控制所述探测光束通过所述非线性光学介质的传输。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述线性子系统包括：

光学透镜，其构造成执行傅立叶变换，所述傅立叶变换将所述一个或更多个光束组合以产生所述中间信号。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述光学透镜通过组合具有相似传播方向的光束来为两个或更多个光学神经元产生至少两个中间信号，每个光学神经元对应于特定的传播方向，并且每个中间信号位于所述光学透镜的焦平面上的不同位置处。

5.根据权利要求1所述的系统，还包括：

空间光调制器(SLM)，其构造成通过一组加权调制所述一个或多个额外的光束以产生一个或更多个加权的光束作为所述光学神经元的输出。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，使用加权的Gerchberg-Saxton(GSW)算法调谐所述SLM，所述系统还包括光电传感器，用于测量来自所述SLM的输出。

7.根据权利要求5所述的系统，其中，通过基于一组训练数据来训练神经网络来学习所述该组加权，并且其中，所述神经网络包括输入层、一个或更多个隐藏层、以及输出层，并且该组加权与所述输入层和所述一个或更多个隐藏层的第一隐藏层、所述一个或更多个隐藏层的隐藏层和所述一个或更多个隐藏层后续的隐藏层、或者所述隐藏层和所述输出层之间的接口相关联。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述探测光束在所述非线性光学介质中的传输至少由所述耦合光束的强度或频率来控制。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述非线性光学介质包括原子、分子、量子点或固态材料中的至少一种。

10.一种用于实现全光学神经网络(AONN)的系统，该系统包括：

输入层，其包括一个或多个光学神经元；

零个或更多个隐藏层，其中每个隐藏层包括一个或多个光学神经元；以及

输出层，其包括一个或多个光学神经元。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述输入层中的每个光学神经元包括被接收为对所述光学神经元的输入的一个光束，并且其中，所述输出层中的每个光学神经元包括被作为所述光学神经元的输出而传输的一个光束。

12.根据权利要求10所述的系统，其中，用于实现所述AONN的方法包括：

产生一个或多个光束作为所述输入层中的所述光学神经元的输入；

对一个层中的所述光学神经元的输出执行光学线性运算，以产生一个或多个光束作为对AONN的后续层中的所述光学神经元的输入；以及

执行光学非线性运算以产生用于光学神经元的非线性激活响应信号，其中，利用具有电磁感应的透明性(EIT)特性的非线性光学介质来实现所述光学非线性运算。