检索结果-内蒙古大学图书馆

人工神经网络是受大脑信号处理启发而研制开发的计算网络,被广泛的应用在以语义识别和自动驾驶为代表的复杂信息处理领域。人工神经网络计算需要完成大量的乘加运算(Multiply Accumulate,MAC)。然而,受冯诺依曼架构中电子器件的瓶颈限制,现有的计算硬件实现MAC能效低。可编程微纳光子处理器由于采用光子进行信息处理,能够突破电子计算运算在运算速度及能耗上的限制。本文设计适用于硅基光子芯片的高集成度光电协同卷积神经网络,研制稀疏化硅基马赫-曾德尔干涉(Mach–Zehnder Interferometer,MZI)线性计算单元,实现基于光子集成技术的可编程的光电协同卷积神经网络芯片的设计与制备,主要工作包括:针对电子卷积神经网络实现线性乘加运算能效低的问题,设计了一种高集成度光电协同卷积神经网络。硅光芯片为光学线性计算单元,用于实现卷积运算中的乘加运算;电子芯片为可编程电学控制组件,用于实现数据存储与调制、电域非线性运算等。将二者相结合,通过光电协同工作,构建了集成度较高、可编程的卷积神经网络。光电协同卷积神经网络创新性的引入双通道光学卷积矩阵架构:一通道实现卷积核中的负值,另一通道实现卷积核中的正值。该方法可以有效保留了光学卷积运算中的负中间值。仿真结果证明,保留负中间值网络的分类准确率在FashionMNIST数据集上和MNIST数据集上得到网络分类准确率分别为89.1%和97.6%,比不保留的提升了7.5%。采用MAC评价网络的功耗,保留负中间值网络能效比是英伟达公司Tesla P100能效比的2.53倍,比不保留负中间值网络的能效比提升了46.7%。实现基于光子集成技术的光学线性计算芯片。光学线性计算芯片包括光学卷积矩阵单元芯片和图像调制单元芯片。1.研究了卷积层运算原理,结合硅基MZI器件的物理特性推演出光学卷积运算的数学模型,建立了硅基MZI器件参数与卷积核矩阵的数学关系。2.对训练得到的卷积核进行拆分和重组,采用了Clement分解法对重组的新矩阵进行光学等效,以实现稀疏化光学卷积矩阵单元。该方法有效的减少了光学卷积矩阵单元中硅基MZI的数量。3.设计了基于可调谐光衰减器和脉冲幅度调制器的高速硅基图像调制单元,建立了图像信息、调制电压与图像调制单元输出光功率三者的调制关系,实现了标准测试数据集的光学转换。4.使用电子束光刻机和感应耦合等离子体刻蚀机等设备制备了无源硅基不等臂长MZI器件,初步验证了50:50分光比的MZI俩输出端口的性能相近,且两输出端口的消光比均超过-25d Bm。5.设计了基于硅基MZI的线性计算单元的实验标定方法,对光学卷积矩阵单元中每个MZI的直通状态(BS)和交叉状态(CS)所需的实际调制电压进行了标定,从而可以降低因加工工艺引入的误差对可编程光电协同卷积神经网络芯片分类准确度的影响。实现可编程的光电协同卷积神经网络。实现了光学线性计算芯片的电学封装,采用了温控模块,分析了温漂的影响,实验证明温控模块减小了80%的由MZI间热串扰引入的漂移。设计了基于FPGA的可编程光学线性计算芯片调制电路,包括控制电路、驱动电路以及采集电路设计。实验表明,利用本文设计及制备的可编程光电协同卷积神经网络芯片,MNIST数据集和Fashion-MNIST数据集上得到的网络分类精度分别为86.9%和79.3%。

关键词：可编程光处理器光电协同神经网络硅基MZI 光学线性计算单元

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多波长调Q光纤激光器及其性能研究

多波长调Q光纤激光器及其性能研究

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作者：孙策天津理工大学

学位级别：硕士

随着信息技术的发展,人类已经进入信息时代,传统的通讯方式已不能满足人们对多媒体等大带宽的通信容量需要,波分复用(WDM)技术能够在同一根光纤中加载多个不同波长的载波信号,在很大程度上可以增加系统的传输容量,成为满足需求的重要手... 详细信息

随着信息技术的发展,人类已经进入信息时代,传统的通讯方式已不能满足人们对多媒体等大带宽的通信容量需要,波分复用(WDM)技术能够在同一根光纤中加载多个不同波长的载波信号,在很大程度上可以增加系统的传输容量,成为满足需求的重要手段。多波长调Q光纤激光器同时兼具多波长振荡和Q开关脉冲输出的优点,在波分复用无源光网络、高精度气体传感、雷达测距系统和生物医疗等方面展现出巨大的潜力和应用价值,近年来已成为科研人员的研究热点之一。本文对同时兼具多波长振荡和Q开关特性的三种不同结构的多波长调Q光纤激光器进行了研究,所研究的内容涵盖了多波长被动调Q光纤激光器和多波长主动调Q光纤激光器,重点探讨了泵浦功率、腔内色散和滤波器的线宽、波长间隔和相位等参数对多波长调Q光纤激光器性能的影响。具体工作内容如下:第一,研究了一种基于未泵浦的铒镱共掺光纤(EYDF)作为可饱和吸收体和Sagnac环干涉仪作为多波长选通器件的多波长调Q光纤激光器。首先通过琼斯矩阵法分析了Sagnac环干涉仪多波长实现机理,给出Sagnac环干涉仪的波长间隔和透射率影响因素。通过双平衡功率探测法给出了EYDF-SA的非线性透射率曲线。在给出实验装置的基础上对实验现象进行讨论,主要研究了泵浦功率和滤波器波长间隔对多波长调Q光纤激光器的影响,所提出的激光器在每个波长处均具有Q开关的特性。激光器具有结构紧凑、波长数量和波长间隔可变的特点。第二,研究了一种基于EYDF-SA和可编程光处理器(Wave Shaper)的多波长调Q光纤激光器。我们首先给出了实验中用到的重要滤波器件Wave Shaper的滤波原理,给出了该激光器的实验装置和实验结果并对结果进行了分析,重点研究了泵浦功率和色散对调Q激光器性能的影响,包括调Q激光器的光谱特性、脉冲特性以及功率特性的影响,除此之外,还研究了滤波器的线宽、相位和波长间隔对调Q激光器性能的影响。第三,研究了一种基于电光调制器(EOM)和Wave Shaper的主动调Q光纤激光器。首先给出该激光器的实验装置,并对实验结果加以分析,针对实验中出现的多脉冲现象,重点研究了泵浦功率对多脉冲形成的影响以及调制器的调制频率和调制幅度对平均功率和脉冲宽度的影响。除此之外,我们发现滤波器的线宽、群时延、中心波长位置对多脉冲的形成也具有一定的影响。

关键词：多波长调Q光纤激光器铒镱共掺光纤 Sagnac干涉仪可编程光处理器电光调制器

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色散控制展宽光脉冲对接收端转换效率的影响

色散控制展宽光脉冲对接收端转换效率的影响

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全国第17次光纤通信暨第18届集成光学学术会议

作者：刘桢卓梁小东戴一堂易圣杰北京邮电大学信息光子学与光通信研究院国家重点实验室

微波光子链路是以光子为载体,传输和处理微波/毫米波信号的链路。与传统电子技术相比,微波光子链路具有低损耗、高带宽、抗电磁干扰、动态范围大等诸多优势,在雷达、卫星通信、无线通信等领域都有广泛应用。基于微波光子链路的脉冲采样... 详细信息

微波光子链路是以光子为载体,传输和处理微波/毫米波信号的链路。与传统电子技术相比,微波光子链路具有低损耗、高带宽、抗电磁干扰、动态范围大等诸多优势,在雷达、卫星通信、无线通信等领域都有广泛应用。基于微波光子链路的脉冲采样链路,利用光欠采样技术实现射频信号下变频,有效避免了电混频器的非线性损耗且系统噪声小,更利于长距离传输,因此有很大的应用前景。本论文针对光脉冲采样链路,通过可编程光处理器(Wave Shaper)对锁模激光器(Mode-Locked Laser,MLL)产生的重复频率为12.2MHz,脉宽约760fs的激光脉冲进行色散控制,实现了脉宽13倍以上的展宽。从理论上分析了光电探测器(photodetector,PD)接收的信号功率变化并加以验证,研究了光脉冲展宽对其接收端光电转化效率的影响。

关键词：微波光子链路可编程光处理器色散控制接收功率

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