[发明专利]光学非线性激活单元、方法和光子神经网络

权利要求书

1.一种光学非线性激活单元，包括：

第一偏振态控制器，被配置为调整输入光学信号的偏振态，所述输入光学信号具有输入光功率；

半导体光放大器，与所述第一偏振态控制器光学耦接，被配置为引起来自所述第一偏振态控制器的输入光学信号的自偏振旋转；

第二偏振态控制器，与所述半导体光放大器光学耦接，被配置为调整来自所述半导体光放大器的输入光学信号的偏振态；以及

偏振分束器，与所述第二偏振态控制器光学耦接，被配置为将来自所述第二偏振态控制器的输入光学信号分束为经由所述偏振分束器的水平偏振态输出端口输出的第一光学信号和经由所述偏振分束器的垂直偏振态输出端口输出的第二光学信号，

其中，所述第一偏振态控制器和所述第二偏振态控制器被配置为使得：

对于具有第一值的所述输入光功率，第二偏振态控制器的输出光学信号被设置为目标偏振态，以使得所述第一光学信号和所述第二光学信号之一具有最小的输出光功率，并且

对于具有不同于所述第一值的第二值的所述输入光功率，所述第一光学信号具有作为所述输入光功率的第一非线性函数的输出光功率，并且所述第二光学信号具有作为所述输入光功率的第二非线性函数的输出光功率。

2.如权利要求1所述的光学非线性激活单元，其中，所述半导体光放大器被配置使得所述第一非线性函数和所述第二非线性函数随所述半导体光放大器的偏置电流的变化而变化。

3.如权利要求1所述的光学非线性激活单元，其中，所述第一非线性函数不同于所述第二非线性函数。

4.如权利要求1所述的光学非线性激活单元，还包括：

2×1光学开关，与所述水平偏振态输出端口和所述垂直偏振态输出端口光学耦接，用于选择所述第一光学信号和所述第二光学信号之一，作为所述光学非线性激活单元的输出。

5.如权利要求1所述的光学非线性激活单元，其中，所述第一偏振态控制器和第二偏振态控制器中的每一个包括从以下各项所组成的组中选择的一项：

挤压式光纤偏振控制器；三环型机械式光纤偏振控制器和集成偏振控制器。

6.一种光子神经网络，包括如权利要求1至5中任一项所述的光学非线性激活单元。

7.如权利要求6所述的光子神经网络，包括：

第一层神经网络，包括所述光学非线性激活单元；以及

第二层神经网络，与所述第一层神经网络级联以接收所述光学非线性激活单元的输出。

8.如权利要求7所述的光子神经网络，其中，所述第一层神经网络还包括：

电处理器，用于将输入数据处理为电学信号；

光源，用于产生光学信号；

光调制器，用于利用所述电学信号调制从所述光源产生的光学信号，以得到已调制光学信号；以及

光子矩阵乘法器，用于对所述已调制光学信号进行线性变换为已变换光学信号，

其中，所述光学非线性激活单元与所述光子矩阵乘法器光学耦接以接收所述已变换光学信号作为所述输入光学信号。

9.如权利要求6所述的光子神经网络，包括：

光信号生成器，用于产生输出光学信号；以及

光子矩阵乘法器，用于对所述输出光学信号进行线性变换为已变换光学信号，

其中，所述光学非线性激活单元与所述光子矩阵乘法器光学耦接以接收所述已变换光学信号作为所述输入光学信号，并且将所述第一光学信号或所述第二光学信号馈送回所述光子矩阵乘法器以循环地进行矩阵计算。

10.如权利要求9所述的光子神经网络，其中，所述光信号生成器包括：

电处理器，用于将输入数据处理为电学信号；

光源，用于产生光学信号；

光调制器，用于利用所述电学信号调制从所述光源产生的光学信号，以得到所述输出光学信号。