基于微环谐振器的可重构光子蓄水池及波特率适应方法与流程

本申请涉及光蓄水池神经网络，具体涉及一种基于微环谐振器的可重构光子蓄水池及波特率适应方法。

背景技术：

1、由于光学神经网络(optical neural network，onn)能有效减轻软件和电子硬件两者的部分运算，因此其为替代人工神经网络提供了一种具有前景的方法。在光学神经网络中，数据被调制在光信号中并且在特殊的光学结构中传输以实现所需功能，光信号的传播速度接近真空中的光速，并在传播完成的同时完成计算。其中，蓄水池计算(reservoircomputing，rc)最早作为一种特殊的循环神经网络被提出，由于其随机连接的循环神经网络部分不需要更新权值，这使得蓄水池结构非常适合通过硬件实现，比如在芯片上通过光波导和光学节点构建涡旋型的拓扑结构，以形成光子蓄水池神经网络；而使用光学器件构建的光子蓄水池可以在模拟光学领域处理高速信号，有效节约了电子电路中的计算资源。

2、相关技术中，涡旋型的光子蓄水池可以将输入光信号循环连接并存储，进而完成对输入信号的识别；但是，由于传统光子蓄水池上的节点状态均不可调节，以致无法适用于不同波特率的高速信号系统。

技术实现思路

1、本申请提供一种基于微环谐振器的可重构光子蓄水池及波特率适应方法，可以解决现有技术中存在的光子蓄水池无法适用于不同波特率的高速信号系统技术问题。

2、第一方面，本申请实施例提供一种基于微环谐振器的可重构光子蓄水池，所述基于微环谐振器的可重构光子蓄水池包括：多个光波导和多个蓄水池节点；

3、所述光波导用于连接蓄水池节点；

4、所述蓄水池节点包括光耦合器和微环谐振器，所述光耦合器用于将光波导中的光信号耦合至所述微环谐振器，所述微环谐振器为多输入输出；

5、其中，所述蓄水池节点的传输状态可通过调整所述微环谐振器的折射率进行更新，以重构出适用于不同波特率的光子蓄水池，所述传输状态包括平行输出状态、交叉输出状态和混合输出状态。

6、结合第一方面，在一种实施方式中，所述蓄水池节点的传输状态可通过调整所述微环谐振器的折射率进行更新，包括：

7、调整所述微环谐振器的折射率，以改变微环谐振器的失谐相位；

8、当微环谐振器的失谐相位为π时，所述蓄水池节点的传输状态更新为所述平行输出状态；

9、当微环谐振器的失谐相位为0，所述蓄水池节点的传输状态更新为所述交叉输出状态；

10、当微环谐振器的失谐相位为0至π之间时，所述蓄水池节点的传输状态更新为所述混合输出状态。

11、结合第一方面，在一种实施方式中，位于两个第一蓄水池节点间的第二蓄水池节点的数量通过波特率大小确定，所述第一蓄水池节点的传输状态为混合传输状态，所述第二蓄水池节点的传输状态为交叉传输状态。

12、结合第一方面，在一种实施方式中，所述微环谐振器为2输入2输出。

13、结合第一方面，在一种实施方式中，所述微环谐振器为add-drop型微环谐振器。

14、第二方面，本申请实施例提供了一种采用前述的基于微环谐振器的可重构光子蓄水池的波特率适应方法，所述波特率适应方法包括：

15、根据目标波特率确定出各个蓄水池节点的目标传输状态，所述目标传输状态为平行输出状态、交叉输出状态和混合输出状态中的任意一个；

16、基于与目标传输状态对应的目标折射率对所述蓄水池节点中的微环谐振器进行折射率调整，以使所述蓄水池节点更新为目标传输状态，重构出适用于所述目标波特率的目标光子蓄水池。

17、结合第二方面，在一种实施方式中，所述基于与目标传输状态对应的目标折射率对所述蓄水池节点中的微环谐振器进行折射率调整，以使所述蓄水池节点更新为目标传输状态，包括：

18、基于与目标传输状态对应的目标折射率对所述蓄水池节点中的微环谐振器进行折射率调整，以改变微环谐振器的失谐相位；

19、当微环谐振器的失谐相位为π时，所述蓄水池节点的传输状态更新为所述平行输出状态；

20、当微环谐振器的失谐相位为0，所述蓄水池节点的传输状态更新为所述交叉输出状态；

21、当微环谐振器的失谐相位为0至π之间时，所述蓄水池节点的传输状态更新为所述混合输出状态。

22、结合第二方面，在一种实施方式中，位于两个第一蓄水池节点间的第二蓄水池节点的数量与目标波特率呈负相关，所述第一蓄水池节点的传输状态为混合传输状态，所述第二蓄水池节点的传输状态为交叉传输状态。

23、结合第二方面，在一种实施方式中，所述微环谐振器为2输入2输出。

24、结合第二方面，在一种实施方式中，所述微环谐振器为add-drop型微环谐振器。

25、本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

26、通过光耦合器和多输入输出的微环谐振器来构建蓄水池节点，使得蓄水池节点的平行输出状态、交叉输出状态和混合输出状态可通过调整微环谐振器的折射率进行更新，以使光子蓄水池的连接结构发生改变，即光子蓄水池地互联延迟发生变化，进而重构出能够适用于具有不同波特率的高速信号系统的光子蓄水池；此外，将微环谐振器作为光子蓄水池的蓄水池节点，不仅结构简单且便于进行大规模集成。

技术特征：

1.一种基于微环谐振器的可重构光子蓄水池，其特征在于，所述基于微环谐振器的可重构光子蓄水池包括：多个光波导和多个蓄水池节点；

2.如权利要求1所述的基于微环谐振器的可重构光子蓄水池，其特征在于，所述蓄水池节点的传输状态可通过调整所述微环谐振器的折射率进行更新，包括：

3.如权利要求1所述的基于微环谐振器的可重构光子蓄水池，其特征在于：位于两个第一蓄水池节点间的第二蓄水池节点的数量通过波特率大小确定，所述第一蓄水池节点的传输状态为混合传输状态，所述第二蓄水池节点的传输状态为交叉传输状态。

4.如权利要求1所述的基于微环谐振器的可重构光子蓄水池，其特征在于：所述微环谐振器为2输入2输出。

5.如权利要求4所述的基于微环谐振器的可重构光子蓄水池，其特征在于：所述微环谐振器为add-drop型微环谐振器。

6.一种采用如权利要求1所述的基于微环谐振器的可重构光子蓄水池的波特率适应方法，其特征在于，所述波特率适应方法包括：

7.如权利要求6所述的波特率适应方法，其特征在于，所述基于与目标传输状态对应的目标折射率对所述蓄水池节点中的微环谐振器进行折射率调整，以使所述蓄水池节点更新为目标传输状态，包括：

8.如权利要求6所述的波特率适应方法，其特征在于：位于两个第一蓄水池节点间的第二蓄水池节点的数量与目标波特率呈负相关，所述第一蓄水池节点的传输状态为混合传输状态，所述第二蓄水池节点的传输状态为交叉传输状态。

9.如权利要求6所述的波特率适应方法，其特征在于：所述微环谐振器为2输入2输出。

10.如权利要求9所述的波特率适应方法，其特征在于：所述微环谐振器为add-drop型微环谐振器。

技术总结
一种基于微环谐振器的可重构光子蓄水池及波特率适应方法，涉及光蓄水池神经网络技术领域，包括多个光波导和多个蓄水池节点；所述光波导用于连接蓄水池节点；所述蓄水池节点包括光耦合器和微环谐振器，所述光耦合器用于将光波导中的光信号耦合至所述微环谐振器，所述微环谐振器为多输入输出；其中，所述蓄水池节点的传输状态可通过调整所述微环谐振器的折射率进行更新，以重构出适用于不同波特率的光子蓄水池，所述传输状态包括平行输出状态、交叉输出状态和混合输出状态。本申请所重构出的光子蓄水池不仅能够适用于具有不同波特率的高速信号系统，且结构简单，还便于进行大规模集成。

技术研发人员：刘开来,朱盈,肖希
受保护的技术使用者：武汉邮电科学研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31