[发明专利]一种四输入逻辑运算的光子神经网络

权利要求书

1.一种四输入逻辑运算的光子神经网络，其特征在于，包括依次连接的电光调制单元、预处理单元、N层光子神经网络单元和第一光电转换单元；

所述电光调制单元用于将输入的电信号转换为四维光信号并输出到预处理单元，所述预处理单元用于对接收到的四维光信号进行预处理，具体为，在四维光信号的基础上添加第五维信号，将四维光信号变为五维光信号，五维光信号向量的L2范数为定值，五维光信号再经过N层光子神经网络单元运算后输出特征结果到第一光电转换单元转化为电信号，得到最终的输出。

2.根据权利要求1所述一种四输入逻辑运算的光子神经网络，其特征在于，所述光子神经网络单元包括可编程波导干涉仪和非线性光学元件；

五维光信号经过N层光子神经网络单元时，在每层光子神经网络单元中，可编程波导干涉仪作为线性光子元件先对输入的光信号进行线性运算后、非线性光学元件再对信号进行非线性运算，然后将运算结果输出到下一层光子神经网络单元。

3.根据权利要求1所述一种四输入逻辑运算的光子神经网络，其特征在于，在四维光信号的基础上添加第五维信号，将四维光信号变为五维光信号，具体过程为：

设输入的四维光信号为(x₁，x₂，x₃，x₄)，预处理后的光信号为(x′₁，x′₂，x′₃，x′₄，x′₅)，其中：

x′₁＝x₁

x′₂＝x₂

x′₃＝x₃

x′₄＝x₄

其中P为任意定值。

4.根据权利要求2所述一种四输入逻辑运算的光子神经网络，其特征在于，可编程波导干涉仪作为线性光子元件对输入的光信号进行线性运算，具体为：

可编程波导干涉仪特征量为权重矩阵对输入的光信号向量x_i进行如下运算：

其中i表示第i层，i∈N；z_i+1为第i层可编程波导干涉仪的运算输出；

非线性光学元件对信号进行非线性的运算，具体为：

x_i+1＝f(z_i+1)

其中，x_i+1是第i层非线性光学元件的运算输出，非线性函数的表达式为:

表达式中α、g_φ、φ_b为可调参数，α∈(0,1)，g_φ为一个大于0的数，φ_b∈(-π，π)。

5.根据权利要求2所述一种四输入逻辑运算的光子神经网络，其特征在于，非线性光学元件包括定向耦合器、第二光电转换单元、光信号时延单元和马赫-曾德尔干涉仪，光信号通过定向耦合器后分为两路光信号，一路光信号经过第二光电转换单元转化为电信号后到达马赫-曾德尔干涉仪，用于控制马赫-曾德尔干涉仪中光信号的移相；

另一路光信号经过光信号时延单元进行光信号延时后到达马赫-曾德尔干涉仪，对光信号进行强度调制，从而实现非线性响应。

6.根据权利要求2所述一种四输入逻辑运算的光子神经网络，其特征在于，利用片上反向传播算法对可编程波导干涉仪的权重矩阵参数进行优化。