フォトリフラクティブ非線形導波路素子を用いた集積型ニューロ演算システムの研究

基于光折变非线性波导器件的集成神经计算系统研究

基本信息

批准号：
08875080
负责人：
宮崎保光
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

1. 光ニューロ演算素子構成の検討フォトリフラクティブ非線形効果を有するTi拡散LiNbO_3集束型光導波路の光伝搬特性を計算シミュレーションにより調べた。画像伝送の特性を点広がり関数(PSF)により空間領域において解析を行った。導波路の屈折率分布が画像伝送に対して最適な分布からずれると、モード分散により伝送画像が歪む。画像伝送距離、画像幅、SN比、および分解能に関して検討を行った。空間周波数が0.25μm^<-1>で幅が80μmの画像の場合、21本のインパルス画像を25.2mmの伝搬距離において全て分離でき、分解能は4μm程度と評価できる。2. 導波型光増幅素子の検討光信号の減衰補償及び閾値処理などの非線形演算に重要な働きをする光増幅素子の検討を行った。1.3μm帯と1.55μm帯において,Pr^<3+>及びEr^<3+>イオン添加ガーネット薄膜導波路を用いた光増幅器の実験を行った。結晶膜をRFスパッタリング法を用いて作製し,光学特性と分光特性を分析した。高速伝送及び信号処理において,様々な形を持った超短パルスなどの被変調入力信号を用いて,理論計算を行った。3. 光機能性導波路における光波制御の検討導波型光ニューロ素子において光信号の入出力特性を制御するために、3GHz程度の静磁表面波を用いた磁気光学効果による多重光波制御特性を検討した。Ceドープガーネット薄膜多層構造導波路により、これまでの素子に比べ結合効率を高め素子長を1/3以下の1cm程度まで短くできることを理論的に示した。また、100MHzから2GHz程度の弾性表面波による音響光学効果を用いて波長多重光を選択制御できることを実験的に確認した。さらに、多重電磁波による多波長光の非線形相互作用に関して時間的なダイナミック特性を理論的に検討し、相関処理等の信号処理への応用を示した。フォトリフラクティブ効果等により屈折率分布を制御し、人出力結合特性を変えられることを示した。4. 光ニューラルネットワークの理論解析に関する検討ニューロ動力学を用いて超並列な情報処理を有する連想記憶型ニューラルネットワークの安定性および信頼性について検討した。特に,ネットワークの安定点を偽安定点と非偽安定点に分類し,それらの点におけるネットワークの統計特性を数理解析により明らかにして,リアルタイム的な偽安定点の検出条件を導出した。また,光バンドルファイバを用いた空間二次元CDMA通信において連想記憶により誤り訂正を検討し、良好な誤り訂正特性を有することを理論解析及びシミュレーションにより確認した。

1。研究光学神经添加元件的构型，通过计算模拟研究了具有光屈光非线性效应的Ti-Diffuse Linbo_3浓缩光学波导的光学传播特性。使用点扩散函数（PSF）在空间结构域中分析了图像传输的特征。如果波导的折射率分布偏离了图像传输的最佳分布，则由于模式分散而导致发射的图像扭曲。检查了图像传输距离，图像宽度，信噪比和分辨率。对于空间频率为0.25μm^<-1>且宽度为80μm的图像，所有21个脉冲图像的宽度都可以在25.2mm的传播距离下分离，并且可以评估分辨率约为4μm。 2。波导光学放大设备的研究我们研究了一种光学放大器元件，该元件在非线性计算中起着重要作用，例如对光学信号和阈值处理的衰减补偿。实验是使用Pr^<3+>和ER^<3+>离子掺杂石榴石薄膜波导的光学放大器制成的，在1.3μm频带和1.55μm波段中。使用RF溅射制造了晶膜，并分析了光学和光谱特性。使用调制的输入信号（例如高速传播和信号处理中的各种形状的超短脉冲）进行理论计算。 3。对光学波导中的光波控制进行研究，以控制波导类型光学神经元中光信号的输入/输出特性，研究了使用磁光效应的多个光波控制特性，利用磁光效应使用磁静力效应，使用了约3GHz的磁体表面波。从理论上讲，与以前的设备相比，CE掺杂的石榴石薄膜多层波导提高了耦合效率，并将元素长度缩短到约1厘米，小于1/3。此外，经过实验证实，可以使用大约100 MHz至2 GHz的表面声波的声学效应选择和控制波长多路复用光。此外，从理论上检查了由于多个电磁波引起的多波长光的非线性相互作用的时间动态特性，并提出了信号处理（例如相关处理）的应用。已经表明，折射率分布可以通过光折射效应等控制，并且可以更改人类输出偶联特性。 4。对光学神经网络的理论分析的研究，我们研究了使用神经动力学大量平行信息处理的关联记忆神经网络的稳定性和可靠性。特别是，网络的稳定点被分为虚假稳定点和非捕获稳定点，并且通过数学分析揭示了网络在这些点上的统计特征，并得出了错误稳定点的实时检测条件。此外，使用光学束纤维在空间二维CDMA通信中使用关联记忆检查误差校正，理论分析和仿真证实了它具有良好的误差校正特性。