专利名称：基于光纤中受激拉曼散射效应的光神经元的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光通信技术领域，尤其是涉及一种基于光纤中受激拉曼散射效应的光神经元。
背景技术：
通过模拟人脑层次结构，人们构造出新的计算系统——人工神经网络。它是模拟生物神经系统的组织结构，处理方式和系统功能的一类人工智能系统。由于人工神经网络是一种具有大量连接并行分布式处理器，使得它通过学习解决模式识别，感知和复杂环境中做出决策实际问题，比起只能按人事先编好的程序机械的执行的计算机，它有更好的解决问题和适应环境的能力。由于VLSI技术的日趋成熟，目前比较成功的做法就是利用VLSI技术在硅片上直接实现各种神经网络模型。超大规模集成电路(VLSI)处理器的实现分为以下几种:(I)模拟VLSI实现，模拟实现是从执行一些网络函数，勘测简单的物理作用出发的。模拟电路的硬件实现形式固定，很难实现设计的复用性，模拟电路设计自动化和设计综合软件的发展也不如数字电路的成熟，这一切限制了模拟电路在神经网络硬件实现中的应用。(2)数字VLSI实现，数字电路容易实现模块化设计且扩展性、适用性强，可以达到任意的设计精度，得到许多数字电路设计自动化工具的支持，对噪音和温度的抗干扰性能也优于模拟电路。但是在相对紧张的硅片面积和非线性激励函数的实现一直是数字电路发展的瓶颈，影响了数字电路在硬件实现方面的应用。(3)模/数混合VLSI实现，数模混合电路结合了数字电路和模拟电路的特点，用模拟电路实现算法结构，用数字存储器和数模转换器替代电容实现神经元权值的存储。神经元之间的数字通信降低了电路对噪音信号的敏感度，然而数模混合电路应用还依赖于数模设计自动化工具的发展。神经网络的关键因素是对神经元的连接。由于电子引线不能互相短路交叉，引线靠近时会发生耦合，高速电脉冲在引线上传播时要发生色散和延迟，以及电子器件的扇入和扇出系数较低等问题，使得高密度的电子互连在技术上有很大困难。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于光纤中受激拉曼散射效应的光神经元，其设计新颖合理，实现方便且成本低，功耗小，噪声低，信息处理速度快，可扩展性强，实用性强，使用效果好，便于推广使用。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种基于光纤中受激拉曼散射效应的光神经元，其特征在于:包括用于发射(N-1)个信号光的(N-1)个外部光发射机、用于发射第一本地信号光的第一本地光发射机、用于发射第二本地信号光的第二本地发射机和用于对电信号做减法运算处理的减法器，以及用于对(N-1)个外部光发射机发射的(N-1)个信号光和第一本地光发射机发射的第一本地信号光进行耦合的合波器，第I (N-1)个所述外部光发射机的输出端分别通过(N-1)根第一光纤与所述合波器的第I (N-1)个输入端相连接,第一本地光发射机的输出端通过第二光纤与所述合波器的第N个输入端连接，所述合波器的输出端通过用于通过受激拉曼散射的非线性效应来进行功率累加求和运算的第三光纤连接有用于滤出经过功率累计求和运算后的第一本地信号光的光滤波器，所述光滤波器的输出端通过第四光纤连接有用于将经过功率累计求和运算后的第一本地信号光转换为电信号的第一光电转换器，第二本地光发射机的输出端通过第五光纤连接有用于将第二本地发射机输出的第二本地信号光转换为电信号的第二光电转换器，所述第一光电转换器的输出端与所述减法器的正极输入端电连接，所述第二光电转换器的输出端与所述减法器的负极输入端电连接，所述减法器的输出端电连接有用于将电信号转换为光信号输出的激光二极管，其中，N为合波器的信道总数N-1个所述外部光发射机的输出光子通量与所述第一本地光发射机的输出光子通量相等。上述的基于光纤中受激拉曼散射效应的光神经元，其特征在于:所述光神经元的权值为正，(N-1)个所述外部光发射机的中心波长和所述第一本地光发射机的中心波长λΝ依次从小到大排列。上述的基于光纤中受激拉曼散射效应的光神经元，其特征在于:所述第一本地光发射机的中心波长λΝ满足频移计算公式Δν =(1/1) — HUn)，其中，I为N-1个所述外部光发射机的中心波长的平均值，Λ V为频移量且Λ V的取值范围为300CHT1 500CHT1。上述的基于光纤中受激拉曼散射效应的光神经元，其特征在于:所述光神经元的
权值有正有负，(Ν-1)个所述外部光发射机的中心波长中，有个的中心波长依次从小到大
排列且均小于所述第一本地光发射机的中心波长2U另外()个的中心波长依次从
小到大排列且均大于所述第一本地光发射机的中心波长N/2-1;其中，N为偶数。
2上述的基于光纤中受激拉曼散射效应的光神经元，其特征在于:所述第
一本地光发射机的中心波长~+1满足频移计算公式如N/2-1和
权利要求1.一种基于光纤中受激拉曼散射效应的光神经兀，其特征在于:包括用于发射(N-1)个信号光的(N-1)个外部光发射机(I)、用于发射第一本地信号光的第一本地光发射机(2)、用于发射第二本地信号光的第二本地发射机(3)和用于对电信号做减法运算处理的减法器(4)，以及用于对(N-1)个外部光发射机(I)发射的(N-1)个信号光和第一本地光发射机(2)发射的第一本地信号光进行耦合的合波器(5)，第I (N-1)个所述外部光发射机(O的输出端分别通过N-1根第一光纤(6)与所述合波器(5)的第I (N-1)个输入端相连接，第一本地光发射机(2)的输出端通过第二光纤(7)与所述合波器(5)的第N个输入端连接，所述合波器(5)的输出端通过用于通过受激拉曼散射的非线性效应来进行功率累加求和运算的第三光纤(8)连接有用于滤出经过功率累计求和运算后的第一本地信号光的光滤波器(9)，所述光滤波器(9)的输出端通过第四光纤(10)连接有用于将经过功率累计求和运算后的第一本地信号光转换为电信号的第一光电转换器(11)，第二本地光发射机(3)的输出端通过第五光纤(12 )连接有用于将第二本地发射机(3 )输出的第二本地信号光转换为电信号的第二光电转换器(13),所述第一光电转换器(11)的输出端与所述减法器(4)的正极输入端电连接，所述第二光电转换器(13)的输出端与所述减法器(4)的负极输入端电连接，所述减法器(4)的输出端电连接有用于将电信号转换为光信号输出的激光二极管(14)，其中，N为合波器(5)的信道总数，(N-1)个所述外部光发射机(I)的输出光子通量与所述第一本地光发射机(2)的输出光子通量相等。
2.按照权利要求1所述的基于光纤中受激拉曼散射效应的光神经元，其特征在于:所述光神经元的权值为正，(N-1)个所述外部光发射机(I)的中心波长和所述第一本地光发射机(2)的中心波长λ N依次从小到大排列。
3.按照权利要求2所述的基于光纤中受激拉曼散射效应的光神经元，其特征在于:所述第一本地光发射机(2)的中心波长λΝ满足频移计算公式Δν=(1/Ι) — (I/λΝ),其中，2为N-1个所述外部光发射机(I)的中心波长的平均值，Λν为频移量且Λν的取值范围为300cm 1 500cm 1O
4.按照权利要求1所述的基于光纤中受激拉曼散射效应的光神经元，其特征在于:所述光神经兀的权值有正有负，(N-1)个所述外部光发射机(I)的中心波长中,有j个的中心波长依次从小到大排列且均小于所述第一本地光发射机(2)的中心波长~+1’另外(#-1 ) 个的中心波长依次从小到大排列且均大于所述第一本地光发射机(2)的中心波长iZ+^其中，N为偶数。
5.按照权利要求4所述的基于光纤中受激拉曼散射效应的光神经元，其特征在于:所述第一本地光发射机(2)的中心波长2I1满足频移计算公式=和 Δ" =(l/l^+i)-(l/I2)，其中，7为寻个所述外部光发射机⑴的中心波长的平均值，寻2Ai 22个所述外部光发射机(I)的中心波长依次从小到大排列且均小于所述第一本地光发射机(2)的中心波长7力(寻-1 )个所述外部光发射机(I)的中心波长的平均值，(兰-1 )个所述外部光发射机(I)的中心波长依次从小到大排列且均大于所述第一本地光发射机(2)的中心波长。
6.按照权利要求1所述的基于光纤中受激拉曼散射效应的光神经元，其特征在于:所述减法器(4)由运算放大器Ul以及电阻R1、R2、R3和Rf构成，所述运算放大器Ul的正极输入端与所述电阻R2的一端和电阻R3的一端相接，所述电阻R2的另一端为所述减法器(4)的正极输入端，所述电阻R3的另一端接地，所述运算放大器Ul的负极输入端与所述电阻Rl的一端和电阻Rf的一端相接，所述电阻Rl的另一端为所述减法器(4)的负极输入端，所述运算放大器Ul的输出端与所述电阻Rf的另一端相接且为所述减法器(4)的输出端。
7.按照权利要求1所述的基于光纤中受激拉曼散射效应的光神经元，其特征在于:所述第三光纤(8)为高非线性光纤，所述高非线性光纤在1370nm 1700nm的波长范围内非线性系数范围为lOW^knT1 所述高非线性光纤在波长1550n m处的非线性系数为.36.，所述高非线性光纤在1370nm 1700nm的波长范围内色散值范围为O 0.6ps/(nm.km)，所述高非线性光纤在1370nm 1700nm的波长范围内色散斜率范围为-0.2 .0.2 。
专利摘要本实用新型公开了一种基于光纤中受激拉曼散射效应的光神经元，包括外部光发射机、第一本地光发射机、第二本地发射机和减法器，合波器，合波器的输出端通过用于通过受激拉曼散射的非线性效应来进行功率累加求和运算的第三光纤连接有光滤波器，光滤波器的输出端连接有第一光电转换器，第二本地光发射机的输出端连接有第二光电转换器，第一光电转换器的输出端与减法器的正极输入端电连接，第二光电转换器的输出端与减法器的负极输入端电连接，减法器的输出端电连接有用于将电信号转换为光信号输出的激光二极管。本实用新型设计新颖合理，实现方便且成本低，功耗小，噪声低，信息处理速度快，可扩展性强，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
文档编号H04B10/25GK203071941SQ20132006736
公开日2013年7月17日 申请日期2013年2月5日 优先权日2013年2月5日
发明者巩稼民, 左旭, 赵云, 冷斌, 袁心易, 李栋, 方健, 巩明辉 申请人:西安邮电大学