一种两个互耦VCSELs光子神经间可控的抑制spiking信号的传输结构制造技术

本发明专利技术提供一种两个互耦VCSELs光子神经间可控的抑制spiking信号的传输结构，它包括外部扰动信号产生模块、VCSEL光子神经模块、控制及分析测试模块。所述的外部扰动信号产生模块包括可调激光器、偏振控制器、信号发生器、马赫‑曾德尔调制器、隔离器，所述的VCSEL光子神经模块包括VCSEL、温度控制器、电流控制器。控制及分析测试模块，包括光谱仪、实时示波器、光功率计。本发明专利技术的一种两个互耦VCSELs光子神经间可控的抑制spiking信号的传输结构采用互耦结构，可实现两个光子神经间抑制spiking信号的双向传输。

A transmission structure of two mutual coupled VCSELs photon controlled suppression of spiking signals

The invention provides two mutual coupling VCSELs photon controlled inter neuron controllable transmission structure of spiking signal, which includes external disturbance signal generation module, VCSEL photon nerve module, control and analysis test module. The external disturbance signal generating module comprises a tunable laser, polarization controller, signal generator, Maher Del, has modulator isolator, VCSEL photon module comprises a neural VCSEL, temperature controller and current controller. Control and analysis test modules, including spectrometers, real-time oscilloscopes, and optical power meters. The two mutual coupling VCSELs photon controlled spiking signal transmission structure adopts mutual coupling structure, which can realize two-way transmission between two photon nerves to suppress spiking signal.

【技术实现步骤摘要】
一种两个互耦VCSELs光子神经间可控的抑制spiking信号的传输结构结构领域本专利技术属于信息结构领域，尤其涉及一种两个互耦VCSELs光子神经间可控的抑制spiking信号的传输结构。
技术介绍
人工神经网络涉及信息科学、脑科学、神经心理学等多个学科，是对人脑或生物神经网络的抽象和建模，是智能科学和计算智能的重要组成部分，它主要以脑科学和认知神经科学的研究成果为基础，从而为解决复杂问题和实现自动控制提供有效途径，因而自20世纪80年代以来已经逐步成为人工智能领域的研究热点。目前，欧美等发达国家高度重视人工神经网络领域的发展，并先后启动了多项重点研究计划。早在2005年，欧盟启动了一项在超级计算机“蓝基因”上以实现虚拟脑为目标的科学计划。随后，他们于2013年将“人脑计划”确定为未来新兴技术旗舰项目之一，与此同时，美国于2013年投资一亿美元启动了名为“使用先进革新型神经技术的人脑研究”的脑计划项目。在上述计划项目的支撑下，神经网络领域已经取得了一系列标志性的重大研究成果，如斯坦福大学的Neurogrid、IBM公司的Truenorth、海德尔堡大学的HICANN、曼彻斯特大学的Neuromorphic芯片等。这些重要成果已经证实了人工神经网络技术的巨大潜力，并大大推动了未来信息处理器件的发展。然而，目前人工神经网络模型的相关研究主要聚焦在CMOS模拟电路、现代超大集成电路等电学的实现方式，虽然这些仿神经技术能有效处理生物神经的活动行为，但上述仿神经系统受带宽、距离、功耗的限制而阻碍了其应用范围。在近年来，基于半导体光放大器、光纤激光器、光子晶体腔、半导体激光器等的光子神经模型被相继提出，这些光子神经模型可激发出比生物神经快7到9个量级的响应信号。特别的是，美国普林斯顿亚历山大·泰特团队于2016年研制出了全球首枚光子神经形态芯片，并证明该芯片能以超快速度计算。上述成果已经充分证实了光子神经模型的巨大应用潜力。就基于半导体激光器的光子神经模型而言，不同的光子神经模型已经被提出，如基于微环、量子点、两段式、垂直腔面发射激光器(VCSEL)的光子神经模型。在这些基于半导体激光器的光子神经模型中，因VCSEL具有低成本、低能耗、易于集成到二维阵列、与光纤高的耦合效率等一些独特的优势，因而其相应的光子神经模型已经受到了广泛的关注。现在神经网络的发展方向为探索神经网络中各神经元之间的相互关联、提高神经元的信息处理速率。脉冲神经网络(SpikingNeuronNetworksSNN)spiking神经网络被誉为“第三代神经网络”，它是能够有效模拟生物神经元之间信息随时间连续传递的非线性系统。该系统采用时间编码方式组织信息，可以模拟真实生物钟的信息处理机制，比传统神经网络更接近实际生物神经系统。脉冲神经网络的任务是把输入神经元的脉冲序列加工，产生新的脉冲序列并且输出神经元。众所周知，生物神经元在外部刺激下可能激发或者抑制spiking信号，且这种spiking响应能在两个神经元之间传输，神经网络中各神经元的spiking响应特性对研究神经元之间的相互关联性及神经元的信息处理速率具有积极作用。因此，对于VCSEL光子神经而言，探索这种神经元之间可控的spiking信号抑制响应传输的相关关键技术研究显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的主要基于目前人工神经网络发展存在的问题，提供一种两个互耦VCSELs光子神经间可控的抑制spiking信号的传输结构，能够实现两个光子神经间抑制的spikes信号的双向传输。本专利技术采用如下结构方案：一种两个互耦VCSELs光子神经间可控的抑制spiking信号的传输结构，分为三大模块：外部扰动信号产生模块、VCSEL光子神经模块、控制及分析测试模块；其中，外部扰动信号产生模块包括可调谐激光器、偏振控制器、马赫-曾德尔调制器、信号发生器、隔离器；VCSEL光子神经模块包括1300nmVCSEL、温度控制器、电流控制器；控制及分析测试模块，其包括光谱仪、实时示波器、光功率计；分析控制模块计算机内部通过Labview软件与其他各模块相连接并实现控制，同时，计算机也通过数据采集卡与该模块中的各分析仪器相连接，因而可以实现对外部扰动信号产生模块和VCSEL光子神经模块的参量的实时控制，同时可实现对光子神经输出的spiking信号的采集与分析。本专利技术具有以下优点：1、本spiking信号传输结构采用1300nmVCSEL作为光子神经模型，可获得比生物神经响应快至少8个量级的spiking信号。2、本spiking信号传输结构采用1300nmVCSEL作为光子神经模型，可通过控制外部扰动信号的强度、信号持续时间及扰动信号与VCSEL输出信号间的失谐量来有效抑制光子神经激发的spiking信号。3、本spiking信号传输结构采用互耦结构，可实现两个光子神经间抑制的spiking信号的双向传输，实现两个神经元之间信息的交互。4、本spiking信号传输结构采用的VCSEL的工作波长为1300nm，可与现有光纤系统兼容，有利于推动VCSEL光子神经的实用化进程。5、本spiking信号传输结构采用1300nmVCSEL作为光子神经模型，具有成本低、能耗小等特点，有利于构建光子神经网络。6.本spiking信号传输结构有利于探索神经网络中各神经元之间信息传递的关联性，为构建基于VCSELs光子神经的神经网络结构提供理论和技术支持。附图说明图1为本专利技术的结构框图；图2为整个系统具体的工作原理框图。图中：1-可调激光器Ⅰ、2-偏振控制器Ⅰ、3-信号发生器Ⅰ、4-马赫-曾德尔调制器Ⅰ、5-偏振控制器Ⅱ、6-隔离器1、7-耦合器Ⅰ、8-电流控制器Ⅰ、9-温度控制器Ⅰ、10-VCSELⅠ、11-偏振控制器Ⅲ、12-耦合器Ⅱ、13-可调衰减器、14-可调激光器Ⅱ、15-偏振控制器Ⅴ、16-马赫-曾德尔调制器Ⅱ、17-信号发生器Ⅱ、18-偏振控制器Ⅳ、19-隔离器Ⅱ、20-耦合器Ⅱ、21-VCSELⅡ、22-温度控制器Ⅱ、23-电流控制器Ⅱ、24-光谱仪、25-实时示波器、26-光功率计、27-数据分析模块、28-控制调节模块。具体实施方式为使本专利技术的目的、结构方案和优点更加清楚，下面对本专利技术中的结构方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种两个互耦VCSELs光子神经间可控的抑制spiking信号的传输结构的基本原理：首先利用外部连续注入光使第一个VCSEL光子工作在连续的spiking工作区，然后在连续注入光中加入外部扰动信号，通过控制扰动信号的强度和持续时间，该VCSEL光子神经产生的spikes信号在整个外部扰动信号工作区被完全抑制。这个VCSEL光子神经产生的可抑制的spikes信号注入到第二个VCSEL光子神经中，通过适当调节注入光的强度、失谐量以及偏振态可使第二个VCSEL光子神经产生与第一个VCSEL光子神经类似的可抑制的spikes信号。由于该系统采用互耦的对称结构，因而与第一个VCSEL光子神经类似，第二个VCSEL光子神经也可以在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种两个互耦VCSELs光子神经间可控的抑制spiking信号的传输结构，其特征在于，它包括外部扰动信号产生模块、VCSEL光子神经模块、控制及分析测试模块；所述的外部扰动信号产生模块包括可调激光器、偏振控制器、信号发生器、马赫‑曾德尔调制器、隔离器，所述的VCSEL光子神经模块包括VCSEL、温度控制器、电流控制器；可调激光器Ⅰ(1)发生的光信号与偏振控制器Ⅰ(2)光信号相连、偏振控制器Ⅰ(2)与马赫‑曾德尔调制器Ⅰ(4)光信号相连，马赫‑曾德尔调制器Ⅰ(4)与偏振控制器Ⅱ(5)光信号相连，偏振控制器Ⅱ(5)与隔离器Ⅰ(6)光信号相连、隔离器Ⅰ(6)与耦合器Ⅰ(7)光信号相连，耦合器Ⅰ(7)与VCSELⅠ(10)光信号相连，信号发生器Ⅰ(3)与马赫‑曾德尔调制器Ⅰ(4)电信号相连，电流控制器Ⅰ(8)与VCSELⅠ(10)电信号连接，温度控制器Ⅰ(9)与VCSELⅠ(10)电信号相连；可调激光器Ⅱ(14)发生的光信号与偏振控制器Ⅴ(15)光信号连接，偏振控制器Ⅴ(15)与马赫‑曾德尔调制器Ⅱ(16)光信号连接，马赫‑曾德尔调制器Ⅱ(16)与偏振控制器Ⅳ(18)光信号连接，偏振控制器Ⅳ(18)与隔离器Ⅱ(19)光信号连接，隔离器Ⅱ(19)与耦合器Ⅱ(20)光信号相连，耦合器Ⅱ(20)与VCSELⅡ(21)光信号相连，信号发生器Ⅱ(17)与马赫‑曾德尔调制器Ⅱ(16)电信号相连，电流控制器Ⅱ(23)与VCSELⅡ(21)电信号连接，温度控制器Ⅱ(22)与VCSELⅡ(21)电信号相连；耦合器Ⅰ(7)与偏振控制器Ⅲ(11)光信号连接，偏振控制器Ⅲ(11)与耦合器Ⅱ(12)光信号相连，耦合器Ⅱ(12)与可调衰减器(13)光信号相连，可调衰减器(13)与耦合器Ⅲ(20)光信号相连。...

【技术特征摘要】
1.一种两个互耦VCSELs光子神经间可控的抑制spiking信号的传输结构，其特征在于，它包括外部扰动信号产生模块、VCSEL光子神经模块、控制及分析测试模块；所述的外部扰动信号产生模块包括可调激光器、偏振控制器、信号发生器、马赫-曾德尔调制器、隔离器，所述的VCSEL光子神经模块包括VCSEL、温度控制器、电流控制器；可调激光器Ⅰ(1)发生的光信号与偏振控制器Ⅰ(2)光信号相连、偏振控制器Ⅰ(2)与马赫-曾德尔调制器Ⅰ(4)光信号相连，马赫-曾德尔调制器Ⅰ(4)与偏振控制器Ⅱ(5)光信号相连，偏振控制器Ⅱ(5)与隔离器Ⅰ(6)光信号相连、隔离器Ⅰ(6)与耦合器Ⅰ(7)光信号相连，耦合器Ⅰ(7)与VCSELⅠ(10)光信号相连，信号发生器Ⅰ(3)与马赫-曾德尔调制器Ⅰ(4)电信号相连，电流控制器Ⅰ(8)与VCSELⅠ(10)电信号连接，温度控制器Ⅰ(9)与VCSELⅠ(10)电信号相连；可调激光器Ⅱ(14)发生的光信号与偏振控制器Ⅴ(15)光信号连接，偏振控制器Ⅴ(15)与马赫-曾德尔调制器Ⅱ(16)光信号连接，马赫-曾德尔调制器Ⅱ(16)与偏振控制器Ⅳ(18)光信号连接，偏振控制器Ⅳ(18)与隔离器Ⅱ(19)光信号连接，隔离器Ⅱ(19)与耦合器Ⅱ(20)光信号相连，耦合器Ⅱ(20)与VCSELⅡ(21)光信号相连，信号发生器Ⅱ(17)与马赫-曾德尔调制器Ⅱ(16)电信号相连，电流控制器Ⅱ(23)与VCSELⅡ(21)电信号连接，温度控制器Ⅱ(22)与VCSELⅡ(21)电信号相连；耦合器Ⅰ(7)与偏振控制器Ⅲ(11)光信号连接，偏振控制器Ⅲ(11)与...

【专利技术属性】
技术研发人员：李硕，邓涛，林晓东，吴正茂，夏光琼，樊利，高子叶，杨文艳，马绍玲，唐曦，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50