【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及逻辑运算，具体涉及一种基于频率编码dfb神经元的可重构逻辑运算装置及方法。
技术介绍
1、随着人工智能和机器学习技术的快速发展，基于逻辑器件的信息处理系统已经在计算机硬件、信息处理和通信系统、医疗数据处理和图像重构等领域得到了广泛应用，并对器件的高性能和低功耗提出了全新的要求。然而，由于电子瓶颈的限制，传统的电子逻辑器件在运算速度和效能方面面临挑战。与此同时，光子学逻辑器件凭借其高速率、大带宽、低延迟和低功耗等特性，在相关领域展现出了巨大的应用潜力，成为下一代信息处理系统的理想选择。
2、光学逻辑运算技术因可克服传统电子逻辑运算在带宽和效能等方面的限制，已经成为了逻辑运算领域的研究热点。目前，光学逻辑运算的研究主要集中在基于微环谐振器(mrrs)、光子晶体半导体光放大器(pc-soas)、线性光放大器(loas)和量子点半导体光放大器(qdsoas)等逻辑器件的信息处理
特别地，光学神经形态计算因可模拟人脑的高效计算机制，实现高效和精确的逻辑运算任务而备受关注。
3、近年来，半导体激光器因其体积小、效率高、可调谐性、快速响应和低噪音等优点，在光学神经形态计算领域得到了广泛关注。相关研究已经证明垂直腔半导体激光器(vcsels)、带有饱和吸收体的垂直腔面半导体激光器(vcsel-sas)、量子点级联半导体激光器和法布里珀罗式半导体激光器(f-p)等半导体激光器可作为理想的光子神经元构建光子神经网络。目前已有的研究着重于光注入光子神经元的动力学特性、尖峰动力学机制及其可控性、以及尖峰的编
4、然而，频率编码对激光器的非线性响应更加灵敏，具有更快的信息处理能力，并在光学元件集成领域体现出了更好的兼容性和可扩展性。与此同时，频率编码方式相比于传统编码方法，提供了更广泛的信息编码范围，并能更有效地模拟生物神经元的连续响应。这种编码方式在抵抗噪声和信号失真方面也表现出优越性。
5、分布式反馈激光器(dfb)作为光通信系统中最常见的商业化光源之一，制备技术非常成熟且易于与现有光纤系统兼容可实现大规模集成的优势，因而已经成为一种理想的光子神经元之一，且在全光信息处理领域有着巨大的潜在优势。
6、尽管传统电子逻辑运算装置在众多应用中表现良好，但它们在处理速度、系统稳定性、抗电磁干扰能力和集成度方面存在明显限制。这些局限在高性能计算和复杂数据处理应用中尤为突出。具体而言，这些装置的运算速度受限于电子的迁移速率和器件的电子响应时间。在长时间运行中，由于电阻效应，它们容易受到温度升高的影响，导致性能下降。同时，在长距离或复杂的信号传输中，系统易受到噪声和信号延迟的干扰。此外，电子器件在微型化和高密度集成方面面临量子效应等物理和技术障碍。针对这些挑战，本专利技术提出了一种基于dfb光子神经元和频率编码的全光可重构逻辑运算的装置和方法。该方法通过利用光子的传输特性，显著提高数据处理速度，并在处理大量数据时展现出优越性。由于光子元件的低能耗特性，全光逻辑运算系统在长期运行中更为稳定，且减少了因温度升高引起的性能下降问题。光信号具有较强的抗电磁干扰能力，在远距离传输中减少了噪声和延迟的影响。此外，频率编码技术在dfb光子神经元中的应用使得可重构的光逻辑器件在光学集成方面展现出更大的可兼容性和可扩展性，有利于实现更高密度的光学逻辑器件的集成。综上所述，全光逻辑运算以其高速度、稳定性、低干扰和高集成度的优势，为解决传统电子逻辑运算装置的局限性提供了有效的替代方案，可望为全光可重构逻辑运算的研究提供了新的思路，从而推动全光逻辑器件的发展和应用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于频率编码dfb神经元的可重构逻辑运算装置及方法，解决
技术介绍
中的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种基于频率编码dfb神经元的可重构逻辑运算装置，包括：
3、任意波形发生器，用于产生编码的脉冲序列，并输出电信号；
4、可调激光器，用于产生连续光波；
5、与任意波形发生器和可调激光器信号连接的单边带调制器，用于将任意波形发生器输出的电信号调制到可调激光器产生的连续光波上，形成光学脉冲序列；
6、与单边带调制器信号连接的耦合器和偏振控制器，用于处理单边带调制器输出的光学脉冲序列，并将其注入到神经网络中的dfb光子神经元用以控制神经元的响应输出；
7、与耦合器和偏振控制器信号连接的数据采集与分析系统，用于将dfb光子神经元响应输出的光信号转化为电信号，并进行数据采集和分析，获得逻辑运算结果。
8、进一步，数据采集与分析系统包括：
9、光电探测器，用于将dfb神经元输出的光信号转化为电信号；
10、与光电探测器信号连接的示波器，用于采集dfb神经元输出的响应信号；
11、与示波器信号连接的数据采集卡和与数据采集卡信号连接的计算机，用于进行数据采集和分析，获得逻辑运算结果。
12、进一步，任意波形发生器用于输出两组编码的正弦脉冲信号，正弦脉冲信号含有两种频率成分，频率成分分别对应进行逻辑运算的两组二进制输入中的01二进制数。
13、进一步，可调谐激光器用于产生连续光信号，光信号经过光隔离器、可变光衰减器和偏振控制器处理，由一个50/50分束器分为两束。
14、进一步，两个单边带调制器分别用于对两组电光信号进行调制。
15、一种基于频率编码dfb神经元的可重构逻辑运算方法，包括如下步骤：
16、频率编码生成：将已经编码好的含有不同频率成分的正弦脉冲序列由任意波形发生器读取并以电信号的形式输出，两种频率成分分别用于表示编码的二进制数“0”和“1”；
17、光波调制：通过调制可调谐激光器产生连续光波，并将频率编码生成的电信号调制到可调激光器产生的连续光波上，形成含不同频率成分的光学脉冲序列；
18、dfb神经元激活：将光波调制得到的光学脉冲序列注入到神经网络中的dfb光子神经元；
19、逻辑运算响应采集：通过数据采集与分析系统将dfb光子神经元响应输出的光信号转化为电信号，并进行数据采集和分析，获得逻辑运算结果。
20、进一步，逻辑运算响应采集具体包括：
21、通过光电探测器将dfb神经元输出的光信号转化为电信号；
22、通过示波器采集dfb神经元输出的响应信号；
23、通过数据采集卡和计算机进行数据采集和分析，获得逻辑运算结果。
24、进一步，频率编码生成阶段，具体包括：
25、s1：利用计算机语言模拟频率失谐作为可控变量下dfb激光器输出光功率的变化，研究光注入下dfb光本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于频率编码DFB神经元的可重构逻辑运算装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于频率编码DFB神经元的可重构逻辑运算装置，其特征在于，数据采集与分析系统包括：
3.根据权利要求1所述的基于频率编码DFB神经元的可重构逻辑运算装置，其特征在于，任意波形发生器用于输出两组编码的正弦脉冲信号，正弦脉冲信号含有两种频率成分，频率成分分别对应进行逻辑运算的两组二进制输入中的01二进制数。
4.根据权利要求1所述的基于频率编码DFB神经元的可重构逻辑运算装置，其特征在于，可调谐激光器用于产生连续光信号，光信号经过光隔离器、可变光衰减器和偏振控制器处理，由一个50/50分束器分为两束。
5.根据权利要求4所述的基于频率编码DFB神经元的可重构逻辑运算装置，其特征在于，两个单边带调制器分别用于对两组电光信号进行调制。
6.一种基于频率编码DFB神经元的可重构逻辑运算方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的基于频率编码DFB神经元的可重构逻辑运算方法，其特征在于，逻辑运算响应采集具体包括
8.根据权利要求6所述的基于频率编码DFB神经元的可重构逻辑运算方法，其特征在于，频率编码生成阶段，具体包括：
9.根据权利要求6所述的基于频率编码DFB神经元的可重构逻辑运算方法，其特征在于，光波调制阶段，具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于频率编码dfb神经元的可重构逻辑运算装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于频率编码dfb神经元的可重构逻辑运算装置，其特征在于，数据采集与分析系统包括：
3.根据权利要求1所述的基于频率编码dfb神经元的可重构逻辑运算装置，其特征在于，任意波形发生器用于输出两组编码的正弦脉冲信号，正弦脉冲信号含有两种频率成分，频率成分分别对应进行逻辑运算的两组二进制输入中的01二进制数。
4.根据权利要求1所述的基于频率编码dfb神经元的可重构逻辑运算装置，其特征在于，可调谐激光器用于产生连续光信号，光信号经过光隔离器、可变光衰减器和偏振控制器处理，由一个50/50...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓涛，吴雪，王飞，谢瑛珂，林晓东，唐曦，王彦超，马林，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：
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