Photonic integrated spiking neuron chip based on a self-pulsating DFB laser with a saturable absorber
Notice bibliographique
Résumé
We proposed and experimentally demonstrated a simple and novel photonic spiking neuron based on a distributed feedback (DFB) laser chip with an intracavity saturable absorber (SA). The DFB laser with an intracavity SA (DFB-SA) contains a gain region and an SA region. The gain region is designed and fabricated by the asymmetric equivalent π -phase shift based on the reconstruction-equivalent-chirp technique. Under properly injected current in the gain region and reversely biased voltage in the SA region, periodic self-pulsation was experimentally observed due to the Q -switching effect. The self-pulsation frequency increases with the increase of the bias current and is within the range of several gigahertz. When the bias current is below the self-pulsation threshold, neuronlike spiking responses appear when external optical stimulus pulses are injected. Experimental results show that the spike threshold, temporal integration, and refractory period can all be observed in the fabricated DFB-SA chip. To numerically verify the experimental findings, a time-dependent coupled-wave equation model was developed, which described the physics processes inside the gain and SA regions. The numerical results agree well with the experimental measurements. We further experimentally demonstrated that the weighted sum output can readily be encoded into the self-pulsation frequency of the DFB-SA neuron. We also benchmarked the handwritten digit classification task with a simple single-layer fully connected neural network. By using the experimentally measured dependence of the self-pulsation frequency on the bias current in the gain region as an activation function, we can achieve a recognition accuracy of 92.2%, which bridges the gap between the continuous valued artificial neural networks and spike-based neuromorphic networks. To the best of our knowledge, this is the first experimental demonstration of a photonic integrated spiking neuron based on a DFB-SA, which shows great potential to realizing large-scale multiwavelength photonic spiking neural network chips.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».