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Programmable low-power consumption all-optical nonlinear activation functions using a micro-ring resonator with phase-change materials

激活函数 非线性系统 谐振器 计算机科学 神经形态工程学 人工神经网络 光学 电子工程 光学计算 光功率 功率(物理) 硅光子学 光子学 光电子学 材料科学 物理 人工智能 工程类 量子力学 激光器
作者
Ziling Fu,Zhi Wang,Peter Bienstman,Rui Jiang,Jian Wang,Chongqing Wu
出处
期刊:Optics Express [Optica Publishing Group]
卷期号:30 (25): 44943-44943 被引量:11
标识
DOI:10.1364/oe.476110
摘要

A programmable hardware implementation of all-optical nonlinear activation functions for different scenarios and applications in all-optical neural networks is essential. We demonstrate a programmable, low-loss all-optical activation function device based on a silicon micro-ring resonator loaded with phase change materials. Four different nonlinear activation functions of Relu, ELU, Softplus and radial basis functions are implemented for incident signal light of the same wavelength. The maximum power consumption required to switch between the four different nonlinear activation functions in calculation is only 1.748 nJ. The simulation of classification of hand-written digit images also shows that they can perform well as alternative nonlinear activation functions. The device we design can serve as nonlinear units in photonic neural networks, while its nonlinear transfer function can be flexibly programmed to optimize the performance of different neuromorphic tasks.
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