波导内部节点上具有多重光信号的光子神经元件的波导结构制造技术

一种光子神经元件，包括光发射器；光接收器；在板上形成的节点间波导，配置成将输入光信号多路复用到节点间波导上的多路复用器，配置成接收从光发射器发射的光信号并将接收的光信号经由多路复用器发送到节点间波导的发射波导；用于部分地反射在节点间波导上传播的光信号的反射镜，被配置为接收由反射镜产生的反射光信号并将反射的光信号发送到光接收器的接收波导；以及配置为对反射的光信号应用权重的滤光器。在板上形成发射波导和接收波导，使得发射波导之一和接收波导之一穿过一个节点间波导，其中一个交叉波导的核心穿过另一个交叉波导的核心或包层。

Waveguide Structure of Photonic Neuron Devices with Multiple Optical Signals on Internal Nodes of Waveguide

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】波导内部节点上具有多重光信号的光子神经元件的波导结构
本专利技术一般涉及用于光子神经元件的波导架构，更具体地涉及用于神经网络的光子神经元件的波导架构。
技术介绍
非传统的神经形态计算架构，例如神经网络和储备池计算，已经在性能方面显示出前景，但是用于互连神经元的传统电子方法已经遇到一些限制。例如，由于需要时间复用，IBMTrueNorth系统的处理速度在kHz范围内。最近，人们对将令人兴奋的光电子器件作为潜在地提高速度限制的办法产生了兴趣。(参见，例如，A.N.Tait等人，“BroadcastandWeight：AnIntegratedNetworkForScalablePhotonicSpikeProcessing(广播和权重：可扩展光子尖峰处理的集成网络)”，J.Light.Tech.(光技术期刊)32,3427,2014；MANahmias等人，“AnintegratedanalogO/E/Olinkformulti-channellaserneurons(用于多通道激光神经元的集成模拟O/E/O链路)“Appl.Phys.Lett.(应用物理快报)108,151106(2016)；以及K.Vandoorne等人，”Experimentaldemonstrationofreservoircomputingonasiliconphotonicschip(硅光子芯片上储备池计算的实验演示)“，NatureCommunication(自然通讯)5,3541,2014)。然而，这种尝试受到非常高的功耗和光损耗的限制。同时，近来可以制造具有非常低损耗的波导交叉结构。(参见，例如，N.Bamiedakis等人，“LowLossandLowCrosstalkMultimodePolymerWaveguideCrossingsforHigh-SpeedOpticalInterconnects(用于高速光互连的低损耗和低串扰多模聚合物波导交叉)”2007ConferenceonLasersandElectro-Optics(CLEO)(2007激光与电光会议)，CMG1)。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例，提供了一种能够克服伴随现有技术的上述缺点的光子神经元件。光子神经元件包括多个光发射器、多个光接收器、在板上形成的多个节点间波导，在板上形成的多个多路复用器、每个多路复用器被配置为将输入光信号多路复用到多个节点间波导的节点波导，在板上形成的多个发射波导，使得至少一个发射波导穿过至少一个节点间波导，其中一个交叉波导的核心穿过另一个的交叉波导的核心或包层，每个发送波导光连接到多个光发射器的光发射器，并被配置成接收从光发射器发射的光信号，并将接收的光信号通过多个多路复用器的多路复用器发送到多个节点间波导的节点间波导，在板上形成的多个反射镜，每个反射镜部分地反射在多个节点间波导的节点间波导上传播的光信号，以提供反射光信号，在板上形成的多个接收波导，使得至少一个接收波导波导穿过至少一个节点间波导，其中一个交叉波导的核心穿过另一个交叉波导的核心或包层，每个接收波导光连接到多个光接收器的光接收器并被配置为接收由多个反射镜的反射镜产生的反射光信号，并将反射的光信号传输到光接收器，以及在板子上形成的多个滤光器，每个滤光器配置成在接收反射光信号的接收波导将反射光信号发送到光接收器之前，对多个反射镜中的反射镜产生的反射光信号施加权重。光子神经元件可以在提高传统电子方法的速度限制的同时支持设计灵活性。根据本专利技术的实施例，多个光发射器可以包括发射第一波长的光信号的第一光发射器和发射不同于第一波长的第二波长的光信号的第二光发射器，并且节点间波导可以包括传播第一波长的光信号和第二波长的光信号的节点间波导。多个反射镜可包括反射系数取决于波长的反射镜。多个滤光器可以包括光谱滤光器，其应用的权重取决于波长。具有这些特征的光子神经元件可以支持节点间波导上的光信号的波分复用(WDM)，减少了所需的节点间波导的数量。根据本专利技术的实施例，多个多路复用器包括多路复用器，该多路复用器具有入射镜和y形波导结构，该y形波导结构通过第一入口臂和出口臂连接到节点间波导，在节点间波导上多路复用器多路复用其输入信号，入射镜配置成接收由多个波导的发射波导发射的光信号作为输入信号，并将输入信号反射以产生进入y形波导结构的第二入口臂的反射光信号，并加入在节点间波导上传播的光信号，其中第二入口臂与y形波导结构的第一入口臂相交。光子神经元件可以支持节点间波导上的光信号的复用，从而减少了所需的节点间波导的数量。根据本专利技术的实施例，多个滤光器包括可更换的滤光器，其可被更换以改变所施加的权重。光子神经元件可以支持包括光子神经元件的神经网络的调谐。根据本专利技术的实施例，多个滤光器包括可变滤光器，其透明度可以改变以改变所施加的权重。光子神经元件可以支持包括光子神经元件的神经网络的调谐。根据本专利技术的实施例，光子神经元件还包括安装在板上的多个半导体芯片，每个半导体芯片包括至少一个光发射器或至少一个光接收器。光子神经元件可以进一步支持设计灵活性。根据本专利技术的实施例，多个半导体芯片包括光发射器芯片和光接收器芯片，每个光发射器芯片包括一个或多个光发射器，以及每个光接收器芯片包括一个光发射器芯片，并且光发射器芯片包括第一光发射器芯片和第二光发射器芯片，第一光发射器芯片的一个或多个光发射器发射第一波长光信号，第二光发射器芯片的一个或多个光发射器发射与第一波长不同的第二波长的光信号。每个光发射器芯片包括相同数量的光发射器，每个光接收器芯片包括相同数量的光接收器，每个光发射器芯片中包括的光发射器的数量可以与每个光接收器芯片中包括的接收器的数量相同，并且经由发送波导连接到每个光发射器芯片的节点间波导的数量可以与包括在每个光发射器芯片中的光发射器的数量、每个光接收器芯片中包括的光接收器的数量相同。光子神经元件可以支持节点间波导上的光信号的设计灵活性和多路复用，减少了所需的节点间波导的数量。根据本专利技术的实施例，每个半导体芯片可以被布置成使得包括在芯片中的至少一个光发射器或包括在芯片中的至少一个光接收器面向板，发送波导可以通过入射镜连接到光发射器，入射镜被设置成将光从垂直于板的方向重定向到平行于板的方向，并且接收波导可以通过出射镜连接到光接收器，所述出射镜被布置成将光从与电路板平行的方向重定向到垂直于电路板的方向。光子神经元件可以通过支持使用在板上形成的波导来进一步支持设计灵活性。根据本专利技术的实施例，光子神经元件还包括多个节点内信号线，每个节点内信号线连接到多个光接收器的光接收器和多个光发射器的光发射器，并且被配置为接收表示光接收器接收的光信号的功率的电信号，并将电信号发送给光发射器，从而连接光接收器和光发射器，形成神经元的输入和输出。对于经由节点内信号线连接到光发射器的每个光接收器，多个反射镜包括反射镜，其反射光信号被传输到光接收器并且其反射系数对于由光发射器发射的光信号的波长基本为零。光子神经元件可以作为神经网络或其一部分支持光子神经元件的功能。根据本专利技术的实施例，节点间波导、发射波导和接收波导可以由板的单层中的聚合物制成。光子神经元件可以支持设计灵活性，同时减少光损耗。根据本专利技术的实施例，多个光发射器被分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光子神经元件，包括：多个光发射器；多个光接收器；在板上形成的多个节点间波导；在所述板上形成的多个多路复用器，每个多路复用器被配置为将输入光信号多路复用到所述多个节点间波导的节点间波导上；在板上形成的多个发射波导，使得至少一个发射波导穿过至少一个节点间波导，其中一个交叉波导的核心穿过另一个交叉波导的核心或包层，每个发射波导光连接到所述多个光发射器的光发射器，并被配置为接收从所述光发射器发射的光信号，并通过所述多个多路复用器的多路复用器将所述光信号发送到所述多个节点间波导的节点间波导；在所述板上形成的多个反射镜，每个反射镜被配置成部分地反射在所述多个节点间波导的节点间波导上传播的光信号，以产生反射光信号；在板上形成的多个接收波导，使得至少一个接收波导穿过所述至少一个节点间波导，其中一个交叉波导的核心穿过另一个交叉波导的核心或包层，每个接收波导光连接到所述多个光接收器中的光接收器，并且被配置为接收所述多个反射镜的反射镜产生的所述反射光信号，并将所述反射光信号传输给所述光接收器；以及在所述板上形成的多个滤光器，每个滤光器被配置为在由接收所述反射光信号的所述至少一个接收波导将所述反射的光信号传输到所述光接收器之前，对由所述多个反射镜的反射镜产生的反射光信号施加权重。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.02 US 15/422,5161.一种光子神经元件，包括：多个光发射器；多个光接收器；在板上形成的多个节点间波导；在所述板上形成的多个多路复用器，每个多路复用器被配置为将输入光信号多路复用到所述多个节点间波导的节点间波导上；在板上形成的多个发射波导，使得至少一个发射波导穿过至少一个节点间波导，其中一个交叉波导的核心穿过另一个交叉波导的核心或包层，每个发射波导光连接到所述多个光发射器的光发射器，并被配置为接收从所述光发射器发射的光信号，并通过所述多个多路复用器的多路复用器将所述光信号发送到所述多个节点间波导的节点间波导；在所述板上形成的多个反射镜，每个反射镜被配置成部分地反射在所述多个节点间波导的节点间波导上传播的光信号，以产生反射光信号；在板上形成的多个接收波导，使得至少一个接收波导穿过所述至少一个节点间波导，其中一个交叉波导的核心穿过另一个交叉波导的核心或包层，每个接收波导光连接到所述多个光接收器中的光接收器，并且被配置为接收所述多个反射镜的反射镜产生的所述反射光信号，并将所述反射光信号传输给所述光接收器；以及在所述板上形成的多个滤光器，每个滤光器被配置为在由接收所述反射光信号的所述至少一个接收波导将所述反射的光信号传输到所述光接收器之前，对由所述多个反射镜的反射镜产生的反射光信号施加权重。2.如权利要求1所述的光子神经元件，其中：所述多个光发射器包括第一光发射器，用于发射第一波长的第一光信号；以及第二光发射器，用于发射不同于第一波长的第二波长的第二光信号；以及所述多个节点间波导包括节点间波导，以传播所述第一波长的所述第一光信号和所述第二波长的所述第二光信号。3.根据权利要求2所述的光子神经元件，其中所述多个反射镜包括至少一个具有取决于波长的反射系数的反射镜。4.根据权利要求3所述的光子神经元件，其中所述多个滤光器包括具有施加的取决于所述波长的权重的光谱滤光器。5.根据权利要求1所述的光子神经元件，其中所述多个多路复用器包括多路复用器，所述多路复用器具有入射镜和y形波导结构，所述y形波导结构通过第一入口臂和出口臂连接到所述节点间波导，所述多路复用器多路复用所述输入光信号到所述节点间波导上，所述入射镜被配置为接收由所述多个发射波导的发射波导发射的光信号作为输入光信号，并反射所述输入光信号，以产生进入所述y形波导结构的第二入口臂的反射光信号，并加入在所述节点间波导上传播的光信号，其中所述第二入口臂与所述y形波导结构的所述第一入口臂相交。6.根据权利要求1所述的光子神经元件，其中所述多个滤光器包括可更换的滤光器，所述可更换的滤光器可被更换以改变所述权重。7.根据权利要求1所述的光子神经元件，其中所述多个滤光器包括可变滤光器，所述可变滤光器的透明度可以改变以改变所述权重。8.根据权利要求1所述的光子神经元件，还包括安装在所述板上的多个半导体芯片，所述多个半导体芯片中的每一个包括至少一个光发射器或至少一个光接收器。9.如权利要求8所述的光子神经元件，其中：所述多个半导体芯片包括光发射器芯片和光接收器芯片，每个光发射器芯片包括所述多个光发射器中的一个或多个，并且每个光接收器芯片包括所述多个光接收器中的一个或多个；以及所述光发射器芯片包括：第一光发射器芯片，其一个或多个光发射器发射第一波长的第一光信号；以及第二光发射器芯片，其一个或多个光发射器发射不同于第一波长的第二波长的第二光信号。10.如权利要求9所述的光子神经元件，其中：每个所述光发射器芯片包括相同数量的光发射器；每个所述光接收器芯片包括相同数量的光接收器；包括在每个所述光发射器芯片中的光发射器的数量与包括在每个所述光接收器芯片中的光接收器的数量相同；以及通过所述多个发射波导连接到每个所述光发射器芯片的节点间波导的数量与每个所述光发射器芯片中包括的光发射器的数量和每个所述光接收器芯片中包括的光接收器的数量相同。11.如权利要求8所述的光子神经元件，其中：所述多个半导体芯片中的每一个被定位使得包括在半导体芯片中的至少一个光发射器或包括在所述半导体芯片中的至少一个光接收器面向板；所述多个发射波导通过入射镜连接到所述多个光发射器，所述入射镜被配置为将光从垂直于所述板的方向重定向到平行于所述板的方向；以及所述多个接收波导通过出射镜连接到所述多个光接收器，所述出射镜被配置为将光从平行于所述板的所述方向重定向到垂直于所述板的所述方向。12.如权利要求8所述的光子神经元件，还包括：多个节点内信号线，每个节点内信号线连接到所述多个光接收器中的相应光接收器和所述多个光发射器中的相应光发射器，并且被配置为接收表示由所述光接收器接收的光信号的功率的电信号，并将所述电信号发送到所述光发射器，从而连接所述光接收器和所述光发射器以形成神经元的输入和输出。13.根据权利要求12所述的光子神经元件，其中对于经由节点内信号线连接到光发射器的所述多个光接收器中的每一个，所述多个反射镜包括至少一个反射镜，其反射的光信号被传输到所述光接收器，该接收器的反射系数对于所述光发射器发射的所述光信号的波长基本为零。14.根据权利要求1所述的光子神经元件，其中所述多个节点间波导，所述多个发射波导和所述多个接收波导由所述板的单层中的聚合物制成。15.根据权利要求1所述的光子神经元件，其中所述多个光发射器被分成差分对，其中差分对的第一光发射器发射可变光信号，而所述差分对的第二光发射器发射参考光信号。16.根据权利要求15所述的光子神经元件，还包括安装在所述板上的多个半导体...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·B·赫洛克斯，山根敏志，武田征士，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US