基于VCSELs光子神经元的spiking动力学特性研究

发布时间：2021-05-15 21:53

　　自20世纪80年代以来,脑科学研究受到了广泛的关注,由此兴起的人工神经网络已经逐步成为人工智能领域的研究热点。目前,人工神经网络在历经了第一代的感知器模型和以BP神经网络为代表的第二代神经网络后已经发展到了第三代的spiking神经网络。传统的基于电学方式的spiking神经网络模型能有效处理生物神经的活动行为,但这种会受到电学器件带宽、距离、功耗等的限制。近年来,基于半导体光放大器、光纤激光器、半导体激光器等不同光子神经模型因可突破电子器件带宽的限制,且可提供超快spiking动力学而被相继提出。垂直腔面发射激光器（VCSELs）因具有低成本、低能耗、易于集成到二维阵列、与光纤高的耦合效率等一些独特的优势而可能成为光子神经元的理想器件。因此,深入研究VCSELs光子神经元的超快spiking动力学特性对推动VCSELs在人工神经网络中的发展应用具有重要意义。本文基于VCSELs的自旋反转模型（SFM）,理论研究了VCSELs光子神经元的spiking动力学特性研究:对于单一脉冲扰动的情况,激光器在适当的注入条件下可激发出比生物神经快约8个量级的超快spikes信号。当扰动信号强度较小... 

【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：46 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 人工神经网络
    1.2 spiking神经网络
    1.3 光子神经网络
    1.4 光子神经网络的发展现状
    1.5 论文研究意义与内容安排
第2章 垂直腔面发射激光器及其理论模型
    2.1 VCSELs的结构特点
    2.2 VCSELs的发展历史
    2.3 VCSELs的理论模型
        2.3.1 L-K速率方程
        2.3.2 自旋反转模型(Spin-Flip Model,SFM)
    2.4 光注入VCSELs的速率方程
    2.5 本章小结
第3章 VCSELs光子神经元的spiking动力学特性研究
    3.1 单脉冲注入下VCSELs光子神经元spiking动力学特性研究
        3.1.1 外部扰动持续时间对激发的spike信号的影响
        3.1.2 外部扰动强度对激发的spike信号的影响
    3.2 两个连续脉冲注入下VCSELs光子神经元spiking动力学特性研究
        3.2.1 VCSELs光子神经元的不应期现象
        3.2.2 扰动持续时间对VCSELs光子神经元的不应期影响
        3.2.3 扰动强度对VCSELs光子神经元的不应期影响
    3.3 本章小结
第4章 两个单向耦合的VCSELs光子神经元抑制spiking动力学传输特性研究
    4.1 VCSELs光子神经元抑制的spike信号传输现象
    4.2 外部扰动持续时间对抑制的spike信号传输特性的影响
    4.3 外部扰动强度对对抑制的spike信号传输特性的影响
    4.4 本章小结
第5章 结束语
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]AlphaGo的高智商是怎样炼成的[J]. 周倩.  中国工业和信息化. 2018(06)
[2]扰动信号强度对VCSEL光子神经Spiking动力学特性的影响[J]. 谭志存,邓涛.  西南大学学报(自然科学版). 2017(11)
[3]光学神经拟态计算研究进展[J]. 王睿,任全胜,赵建业.  激光与光电子学进展. 2016(12)
[4]高速光通信中的全光数字信号处理技术[J]. 王智.  科技导报. 2016(16)
[5]从蓝脑计划到人脑计划:欧盟脑研究计划评介[J]. 顾凡及.  科学. 2013(04)

博士论文
[1]光注入及光电反馈垂直腔面发射激光器的非线性动力学特性研究[D]. 陈建军.西南大学 2017

硕士论文
[1]硅基光子神经网络模型探究[D]. 克金龙.北京邮电大学 2018
[2]光子脉冲神经元权重器件—可调光衰减器的研制[D]. 宋晓佳.北京交通大学 2017



本文编号：3188398