本发明专利技术的目的在于提供一种基于微环谐振器的激活函数装置制作方法，包括如下步骤：确定光学装置所要拟合的标准非线性函数；制备微环谐振器；耦合环形PN结与微环；设置辅助光源及输出信号测量设备；设置TIA跨阻放大器及偏置单元。本发明专利技术通过光学器件可拟合实现激活函数功能，并且较为容易与其他能够实现神经单元权重求和的光学元件组合，实现单个神经元的完整功能，从而提高光学神经网络的运算效率和运算精度。本装置体积小，容易集成化，由本装置组合得到的神经单元集成得到的光学神经网络，其运算效率和运算精度可以得到显著提高。运算效率和运算精度可以得到显著提高。运算效率和运算精度可以得到显著提高。
【技术实现步骤摘要】
一种基于微环谐振器的激活函数装置制作方法
[0001]本专利技术涉及的是一种激活函数装置，具体地说是激活函数装置的制作方法。
技术介绍
[0002]近年来，人们对光计算技术的需求迅速增加，其原因主要在于两方面：一是随着摩尔定律的逐步失效，以及大数据时代对计算系统功耗和速度要求的不断提高，光计算技术高速和低功耗的特点越来越受到人们的重视；二是光计算技术的并行性运算特点，以及光学神经网络等算法和硬件架构的发展，为图像识别、语音识别、虚拟现实等人工智能技术对算力的需求提供了最有潜力的解决方案。光计算可以分为模拟光计算和数字光计算。模拟光计算最典型的一个例子就是傅立叶运算，在图像处理等领域需要运用傅立叶变换相关的计算，如卷积计算。用传统计算机来计算傅立叶变换是非常消耗计算量的，而光通过透镜的过程，本身就是一次傅立叶变换的过程，这个过程几乎完全不需要时间。数字光计算是利用光和光学器件组合形成经典的逻辑门，构建类似传统数字电子计算原理的计算系统，通过复杂的逻辑门组合操作实现计算。
[0003]微环谐振器(Microring Resonator，MRR)具有面积小、功耗低等诸多优点，作为一种重要的集成光电子器件在光通信、光计算、光生物传感等领域有广泛的应用。在光子神经网络领域，利用MRR实现神经网络计算是目前常见的方法之一。然而，利用MRR等光学器件实现激活函数等非线性运算能够进一步实现光学神经网络，从而使运算效率和运算精度可以得到显著提高。因此，目前如何利用MRR等光学器件实现激活函数，是本领域技术人员需要解决的问题。<br/>
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提供运算效率和运算精度可以得到显著提高的一种基于微环谐振器的激活函数装置制作方法。
[0005]本专利技术的目的是这样实现的：
[0006]本专利技术一种基于微环谐振器的激活函数装置制作方法，其特征是：
[0007](1)确定光学装置所要拟合的标准非线性函数；
[0008](2)制备微环谐振器；
[0009](3)耦合环形PN结与微环；
[0010](4)设置辅助光源及输出信号测量设备；
[0011](5)设置TIA跨阻放大器及偏置单元。
[0012]本专利技术还可以包括：
[0013]1、步骤(1)具体为：
[0014]确定选用ReLU函数作为所要实现的标准非线性函数；
[0015]确定与标准非线性函数对应的目标拟合函数，目标拟合函数通过光学器件实现；
[0016]将目标拟合函数作为光子神经网络的目标激活函数。
[0017]2、步骤(2)具体为：
[0018]在SOI的基片上甩一层电子束光刻形成一层厚度为110nm的掩膜层；
[0019]使用电子束曝光机将半径为50μm的微环谐振器的图形写在光刻胶上，经过显影后，图形转移到光刻胶上；
[0020]经过电感耦合等离子反应离子刻蚀后，微环谐振器转移到基片的上硅层，微环谐振器的耦合长度为10μm到15μm。
[0021]3、步骤(3)具体为：
[0022]将制作好的光纤微环固定于清洗后的玻璃片上，取半径大于微环半径的均匀环形PN结，环形PN结厚度为10μm，P极在外侧，N极在内侧，将其制作为占圆环周长2/3以及1/6的圆弧，将微环置于2/3圆弧PN结中P极N极交界处并嵌入其中；
[0023]取1/6圆弧PN结的N极，置于微环内侧的正下方并紧贴微环，取1/6圆弧PN结的N极，置于微环外侧的正下方，与微环的距离为10
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12μm，两个圆弧PN结互不接触；
[0024]将4部分的圆弧PN结分别接入外接电压的负极，其中微环内侧的N极PN结接在圆弧右端，微环外侧的P极PN结接在圆弧左端。
[0025]4、步骤(4)具体为：
[0026]选用1560nm的连续激光作为辅助光源，作为最终信号的输出；
[0027]将光纤连接1560nm波长的激光器后，将光纤的中间部分与固定好的微环下方耦合，该部分的光纤介于微环下方与1/6外P极PN结之间，剩余部分延伸至光信号功率测量端。
[0028]5、步骤(5)具体为：
[0029]选择跨阻放大器，在其输出端添加一个偏置电压Vb，通过偏置电压后，电路延伸至微环内侧中心部分；
[0030]微环内侧中心部分的电路包括4条支路，其中2条支路连接至微环内部PN结的左端，另外2条支路连接至微环外部PN结的右端。
[0031]本专利技术的优势在于：
[0032](1)通过光学器件可拟合实现激活函数功能，并且较为容易与其他能够实现神经单元权重求和的光学元件组合，实现单个神经元的完整功能，从而提高光学神经网络的运算效率和运算精度。
[0033](2)本装置体积小，容易集成化，由本装置组合得到的神经单元集成得到的光学神经网络，其运算效率和运算精度可以得到显著提高。
附图说明
[0034]图1为神经网络的示意图；
[0035]图2为神经单元数学模型示意图；
[0036]图3为ReLU激活函数示意图(本装置目标拟合函数)；
[0037]图4为基于微环谐振器的激活函数装置示意图；
[0038]图5为微环的谐振区域未经过PN结调制的信号输出图；
[0039]图6为微环的谐振区域经过PN结调制后的信号输出图；
[0040]图7为基于微环谐振器的激活函数装置拟合的信号输出示意图。
具体实施方式
[0041]下面结合附图举例对本专利技术做更详细地描述：
[0042]结合图1
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7，本专利技术提供了一种基于微环谐振器的激活函数装置制作方法，其方案包括：
[0043]1.确定光学装置所要拟合的标准非线性函数。
[0044](1)确定选用ReLU函数作为本装置所要实现的标准非线性函数。
[0045](2)确定与标准非线性函数对应的目标拟合函数，目标拟合函数通过光学器件实现。
[0046](3)将目标拟合函数作为光子神经网络的目标激活函数。
[0047]2.微环谐振器的制备。
[0048](1)在SOI的基片上甩一层电子束光刻形成一层厚度为110nm的掩膜层。
[0049](2)使用电子束曝光机将半径为50μm的微环谐振器的图形写在光刻胶上，经过显影后，图形就转移到光刻胶上。
[0050](3)经过电感耦合等离子反应离子刻蚀(inductively coupled plasma tive ion etching，ICP
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RIE)后，微环谐振器就转移到基片的上硅层。微环谐振器的耦合长度为10μm到15μm。
[0051]3.环形PN结与微环的耦合。
[0052](1)将制作好的光纤微环固定于清洗后的玻璃片上，取半径大于微环半径(50μm)的均匀环形PN结，环形PN结厚度为10μm，P极在外侧，N极在内侧，将其制作为占圆环周长2/3以及本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于微环谐振器的激活函数装置制作方法，其特征是：(1)确定光学装置所要拟合的标准非线性函数；(2)制备微环谐振器；(3)耦合环形PN结与微环；(4)设置辅助光源及输出信号测量设备；(5)设置TIA跨阻放大器及偏置单元。2.根据权利要求1所述的一种基于微环谐振器的激活函数装置制作方法，其特征是：步骤(1)具体为：确定选用ReLU函数作为所要实现的标准非线性函数；确定与标准非线性函数对应的目标拟合函数，目标拟合函数通过光学器件实现；将目标拟合函数作为光子神经网络的目标激活函数。3.根据权利要求1所述的一种基于微环谐振器的激活函数装置制作方法，其特征是：步骤(2)具体为：在SOI的基片上甩一层电子束光刻形成一层厚度为110nm的掩膜层；使用电子束曝光机将半径为50μm的微环谐振器的图形写在光刻胶上，经过显影后，图形转移到光刻胶上；经过电感耦合等离子反应离子刻蚀后，微环谐振器转移到基片的上硅层，微环谐振器的耦合长度为10μm到15μm。4.根据权利要求1所述的一种基于微环谐振器的激活函数装置制作方法，其特征是：步骤(3)具体为：将制作好的光纤微环固定于清洗后的玻璃片上，取半径大于微环半径的均匀环形PN结，环形PN结厚度为10μm，P极...
【专利技术属性】
技术研发人员：李寒阳，代继春，孙家鹏，伍志远，张羽，刘志海，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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