CN119514624A 一种模拟生物大脑神经元动力学的逻辑运算系统及方法 （苏州大学）

一种模拟生物大脑神经元动力学的逻辑运本发明属于神经形态光子计算和尖峰神经调制模块，其输入端与注入光模块的输出端相2光调制模块，其输入端与所述注入光模块的输出端相连，用于对所垂直腔面发射激光器，其输入端与所述光调制模块的输出端输出模块，其输入端与所述垂直腔面发射激光器的输出端相连，用第一马赫曾德尔调制器，其输入端与所述第一可调谐激光器波形发生器的输出端相连，用于基于所述第一调制电信号对所述第一注入光信号进行调第二马赫曾德尔调制器，其输入端与所述第二可调谐激光器波形发生器的输出端相连，用于基于所述第二调制电信号对所述第二注入光信号进行调第一光耦合器，用于对所述第一注入光信号和所述第二注入光信光电探测器，其输入端与所述垂直腔面发射激光器的输出端相示波器，其输入端与所述光电探测器的输出端相连，用光谱分析仪，其输入端与所述垂直腔面发射激光器的输出端相连，第二光耦合器，其输入端与所述垂直腔面发射激光器的输出端37.一种模拟生物大脑神经元动力学的异或运算方法所述垂直腔面发射激光器的响应频率为20n9.一种模拟生物大脑神经元动力学的或非运算方法，其特10.根据权利要求9所述的模拟生物大脑神经元动力学的或非运算方法，其特征在于，4[0003]半导体激光器作为一种典型的可兴奋器件，其在外部扰动下可以实现兴奋性输[0004]近年来，研究人员利用半导体激光器等光子器件作为尖得到的逻辑运算系统、频率编码系统和模式识别系统可以高效地处理复杂的传感器数据，于双调制光注入方案的垂直腔面发射激光器模拟神经元动力学以及实现异或逻辑运算的尽量减少信号时序不一致对运算结果准确性的影响，通常需要添加延迟线调整信号的时序，或采用复杂的校准程序匹配两个激光器的响应时间，导致逻辑运算的速度限制在了5述第一注入光信号和所述第二注入光信号的频率均大于等于垂直腔面发射激光器的响应6激光响应输入所述光电探测器，以便所述光电探测器将所述第一激光响应转换为电信号，述第一注入光信号和所述第二注入光信号的频率均大于等于垂直腔面发射激光器的响应利用光调制模块分别对所述第一注入光信号和所述第二注入光信号进行调制耦述第一注入光信号和所述第二注入光信号的频率均大于等于垂直腔面发射激光器的响应利用光调制模块分别对所述第一注入光信号和所述第二注入光信号进行调制耦7物神经元对耦合信号作出响应，从而构建出模拟生物大脑神经元动力学的逻辑运算系统，无需通过延长运算时间匹配两路信号的时序性，使得整个系统的逻辑运算速率提升到了一输入输出特性，现有的利用半导体激光器构建的逻辑运算系统无法实现或非逻辑运算。光信号和第二注入光信号进行调制耦合，将第一注入光信号的频率调整至第三预设范围，8图4为本申请实施例提供的模拟生物大脑神经元动力学的逻辑运算系统模拟的关图5为本申请实施例提供的模拟生物大脑神经元动力学的逻辑运算系统基于神经图6为本申请实施例提供的模拟生物大脑神经元动力学的逻辑运算系统基于神经一注入光信号和第二注入光信号的频率均大于等于垂直腔面发射[0025]垂直腔面发射激光器3的输入端与光调制模块2的输出端相连，用于接收耦合信9请将垂直腔面发射激光器3的两个正交偏振模式作为逻辑运算的第一输入端和第二输入的激励响应表现为对耦合信号中的两路信号进行逻辑运[0029]因此，本申请利用注入光模块1产生的两路注入光信号模拟生物神经元之间的信入光信号和第二注入光信号进行调制耦合，将第一注入光信号的频率调整至第一预设范入光信号和第二注入光信号进行调制耦合，将第一注入光信号的频率调整至第三预设范[0040]第一马赫曾德尔调制器22的输入端与第一可调谐激光器11的输出端和第一任意[0042]第二马赫曾德尔调制器24的输入端与第二可调谐激光器12的输出端和第二任意的第一调制电信号和第二调制电信号均包括占空比可调谐和调制深度可变的矩形方波电[0047]光电探测器41的输入端与垂直腔面发射激光器3的输出端相连，用于将垂直腔面[0048]示波器42的输入端与光电探测器41的输出端相连，用于将电信号以时序形式输[0050]光谱分析仪43的输入端与垂直腔面发射激光器3的输出端相连，用于获取垂直腔[0051]可选地，光电探测器41和光谱分析仪43可以直接与垂直腔面发射激光器3的输出[0053]第二光耦合器44的输入端与垂直腔面发射激光器3的输出端相连，其第一输出端腔面发射激光器3的激光响应分为第一激光响应和第二激光响应，并将第一激光响应输入[0054]基于上述实施例1提供的模拟生物大脑神经元动力学的逻辑运算系统，本申请实S10：利用注入光模块产生波长可调谐的第一注入光信号和第二注入光信号；其中，第一注入光信号和第二注入光信号的频率均大于等于垂直腔面发射激光器的响应频[0056]基于上述实施例1提供的模拟生物大脑神经元动力学的逻辑运算系统，本申请实中，第一注入光信号和第二注入光信号的频率均大于等于垂直腔面发射激光器的响应频S200：利用光调制模块分别对第一注入光信号和第二注入光信号进行调制耦合，与电子自旋之间相互作用的研究来解释和预测：在自旋极化注入或自旋轨道耦合效应时，,,表示E,y的复共轭；w表示导带和价带之间总的载流子反转数目；n表示自旋向上和向下辐发射激光器的中心频率的角频率失谐表示第一可调谐激光器与垂直腔面发射激光器的XP偏振模式的频率差；kinjy表示YP偏振模式注入下：x=185ns-1,a=2,yy=0.5ns-1,y=2ns-1，。21ns_1调整至6.5ns_1时，垂直腔面发射激光器在XP偏振和YP偏振方向上均释放一个尖峰，即当第一输入端和第二输入端均降低为低电平时，垂直腔面发射激光器的输出为高电平，[0061]如图5所示为本申请实施例提供的模拟生物大脑神经元动力学的逻辑运算系统基尖峰的间隔接近于1ns，这意味着本申请提供的模拟生物大脑神经元动力学的逻辑运算系统进行XOR操作的速度非常接近GHz。[0062]图6为本申请实施例提供的模拟生物大脑神经元动力学的逻辑运算系统基于神经着本申请提供的模拟生物大脑神经元动力学的逻辑运算系统进行NOR运算的速度将超过[0065]这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上