[发明专利]一种基于微腔光频梳的并行光学神经网络系统及识别方法

说明书

本发明提供一种基于微腔光频梳的并行光学神经网络系统及识别方法，解决了现有光学神经网络系统成本高、体积大、不利于单片集成等问题。该基于微腔光频梳的并行光学神经网络系统包括依次设置的窄线宽激光器、微腔光孤子光频梳单元、光学布拉格光栅、光学放大器、波分多路复用模块、第一调制器和光学神经网络单元。本发明系统将微腔光孤子光频梳与光学神经网络相结合，微腔光孤子光频梳具有上百根频率成分，能够并行的识别上百种不同的特征，可满足未来的应用。

技术领域

本发明涉及光学神经网络系统，具体涉及一种基于微腔光频梳的并行光学神经网络系统及识别方法。

背景技术

随着社会的发展，数据处理日益增多，使得高速、实时、无串扰、多功能的AI芯片需求日益增多。AI芯片在功能上主要包括矩阵乘与非线性层的共同作用，传统电学芯片其传播速度依赖电子传播，在高速矩阵乘、大容量矩阵乘方面有着难以突破的瓶颈。而光学神经网络芯片其传播速度基于光速，有着处理速度快、高算力、能耗低的天然优势。但是，目前围绕并行光学神经网络系统主要是基于多台激光器对应多个神经网络系统，其面向未来的应用存在着成本高、体积大、不利于单片集成等劣势。

发明内容

针对现有光学神经网络系统存在成本高、体积大、不利于单片集成等问题，本发明提供一种基于微腔光频梳的并行光学神经网络系统及识别方法，该系统操作简单、兼容性强，能够高效满足并行光学神经网络需求。

为解决以上问题，本发明的技术方案如下：

一种基于微腔光频梳的并行光学神经网络系统，包括依次设置的窄线宽激光器、微腔光孤子光频梳单元、光学布拉格光栅、光学放大器、波分多路复用模块、第一调制器和光学神经网络单元；所述窄线宽激光器用于提供微腔光孤子光频梳产生的泵浦光源；所述微腔光孤子光频梳单元包括依次设置的偏振控制器、环形器和微环谐振腔，用于提供微腔光孤子光频梳光源；所述光学布拉格光栅用于过滤微腔光孤子光频梳的泵浦光成分与辅助光；所述光学放大器用于放大微腔光孤子光频梳；所述波分多路复用模块用于对微腔光孤子光频梳进行分光，将微腔单孤子光频梳波长进行分离；所述第一调制器用于加载待识别信号；所述光学神经网络单元用于对待识别信号进行识别，并输出识别后的信号。

进一步地，所述光学神经网络单元包括光学神经网络线性结构和光学神经网络非线性结构，所述光学神经网络非线性结构包括可编程电源、第二调制器、FPGA控制模块和探测模块；所述可编程电源用于驱动第二调制器，调节光学神经网络线性结构的矩阵，使其满足识别的要求；所述第二调制器根据探测模块的探测功率调整投射率；所述探测模块用于对光学神经网络单元的输出结果进行测量；所述FPGA控制模块用于控制非线性型函数类型，通过读取探测模块的功率得到识别结果。

进一步地，所述第二调制器为铌酸锂调制器或硅基铌酸锂调制器。

进一步地，所述探测模块为普通商用光学探测器或CCD。

进一步地，所述窄线宽激光器为半导体窄线宽激光器或光纤型窄线宽激光器。

进一步地，所述光学放大器为半导体型或者光纤型光学放大器。

进一步地，所述波分多路复用模块为商用光学型或者半导体型波分复用模块。

进一步地，所述第一调制器为铌酸锂调制器或硅基铌酸锂调制器。

进一步地，所述微腔光孤子光频梳单元为50G重复频率或100G重复频率的微腔光孤子光频梳单元。

同时，本发明还提供一种基于上述并行光学神经网络系统的识别方法，包括以下步骤：

步骤一、调节窄线宽激光器的波长，微腔光孤子光频梳单元产生微腔光孤子光频梳；

步骤二、光学布拉格光栅过滤微腔光孤子光频梳的泵浦光成分与辅助光，光学放大器对微腔光孤子光频梳进行放大，波分多路复用模块对微腔光孤子光频梳进行分光；