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公開番号2024067337
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-17
出願番号2022177325
出願日2022-11-04
発明の名称光ニューラルネットワーク装置
出願人KDDI株式会社
代理人弁理士法人大塚国際特許事務所
主分類H04B 10/516 20130101AFI20240510BHJP(電気通信技術)
要約【課題】光ニューラルネットワーク装置の入力データのデータ量を大きくする技術を提供する。
【解決手段】光ニューラルネットワーク装置は、キャリア光を生成する光源と、入力データに基づき前記キャリア光を直交周波数多重変調することで、変調光を生成する変調手段と、前記変調光を増幅する増幅手段と、前記増幅手段による増幅後の前記変調光を伝搬する非線形媒体と、を備えている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
キャリア光を生成する光源と、
入力データに基づき前記キャリア光を直交周波数多重変調することで、変調光を生成する変調手段と、
前記変調光を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段による増幅後の前記変調光を伝搬する非線形媒体と、
を備えている光ニューラルネットワーク装置。
続きを表示（約 940 文字）【請求項２】
前記非線形媒体は、分散平坦化ファイバ、分散シフトファイバ、分散減少ファイバ及びシリコン基板に形成された細線導波路の内の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の光ニューラルネットワーク装置。
【請求項３】
前記非線形媒体を伝搬した前記変調光の各周波数成分に対して異なる伝搬遅延を与える遅延手段をさらに備えている、請求項１に記載の光ニューラルネットワーク装置。
【請求項４】
前記遅延手段は、シングルモードファイバ、分散補償ファイバ、ファイバグレーティング及び導波路型分散補償器の内の少なくとも１つを含む、請求項３に記載の光ニューラルネットワーク装置。
【請求項５】
前記変調手段は、
前記入力データに基づきディスクリートマルチトーン信号を生成する生成手段と、
前記キャリア光を前記ディスクリートマルチトーン信号に基づき直交変調することで前記変調光を生成する直交変調手段と、
を備えている、請求項１に記載の光ニューラルネットワーク装置。
【請求項６】
前記生成手段は、前記ディスクリートマルチトーン信号をヒルベルト変換した変換信号を生成し、
前記直交変調手段は、前記キャリア光を前記ディスクリートマルチトーン信号に基づき強度変調した第１強度変調光と、前記キャリア光を前記変換信号に基づき強度変調した第２強度変調光と、を合波することで前記変調光を生成する、請求項５に記載の光ニューラルネットワーク装置。
【請求項７】
前記非線形媒体を伝搬した前記変調光を処理して出力データを出力する処理手段をさらに備えている、請求項１から６のいずれか１項に記載の光ニューラルネットワーク装置。
【請求項８】
前記処理手段は、前記変調光の周波数成分又は前記変調光を光電変換して得た電気信号の周波数成分を解析することで前記出力データを出力する、請求項７に記載の光ニューラルネットワーク装置。
【請求項９】
前記変調手段は、前記出力データにさらに基づき前記キャリア光を前記直交周波数多重変調する、請求項７に記載の光ニューラルネットワーク装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、ニューラルネットワークをハードウェア的に実現する光ニューラルネットワーク装置に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、ニューラルネットワーク（以下、ＮＮと表記する）をハードウェア的に実現する光ＮＮ装置を開示している。以下、特許文献１が開示する構成の概要について述べる。光ＮＮ装置は、スーパーコンティニューム（ＳＣ）光を生成するＳＣ光源を備えている。ＳＣ光とは、帯域幅が非常に広いパルス信号である。また、光ＮＮ装置は、スペクトラル変調器を備えている。スペクトラル変調器は、入力される光（特許文献１ではＳＣ光）の各周波数成分のレベルを入力データに応じて変化させることで変調光を生成する。スペクトラル変調器が生成する変調光は、非線形媒体を介してスペクトロメータに入力される。非線形媒体における非線形光学効果により、変調光の周波数成分間の干渉が生じ、これにより、ニューロン間の結合が実現される。非線形媒体を通過した変調光の各周波数成分は、各ニューロンからの出力に対応する。スペクトロメータは、非線形媒体を通過した変調光の周波数成分を解析する。この解析結果は、光ＮＮ装置のアプリケーション、例えば、"分類"等に使用される。
【０００３】
スペクトラル変調器は、例えば、回折格子等により、入力される光を周波数成分に応じて空間的に分離し、ＬＣｏＳ（Ｌｉｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌｏｎｓｉｌｉｃｏｎ）等の液晶デバイスにより各周波数成分の光に個別の減衰を与え、その後、各周波数成分の光を合波することで実現され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
米国特許出願公開第２０２０／０３１１５３２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、特許文献１の構成において、光ＮＮ装置への入力データのデータ量、つまり、光ＮＮ装置において生成される変調光の１シンボルで搬送できるデータ量は、スペクトラル変調器における光の分解数、つまり、スペクトラル変調器において分離する周波数成分の数に依存する。例えば、光の分解数がＸであり、１つの周波数成分の光でＹビットの情報を搬送できるものとすると、入力データは、最大（Ｘ×Ｙ）ビットとし得る。したがって、光ＮＮ装置への入力データのデータ量を大きくするには、スペクトラル変調器の分解数を大きくしなければならない。
【０００６】
しかしながら、スペクトラル変調器は、空間的な光を処理するデバイスを有するため、現実的なスペクトラル変調器のサイズを考慮すると、光の分解数の最大値は制限される。一例として、現在利用可能なスペクトラル変調器の分解数Ｘは、５００程度である。
【０００７】
本開示は、光ニューラルネットワーク装置の入力データのデータ量を大きくする技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一態様によると、光ニューラルネットワーク装置は、キャリア光を生成する光源と、入力データに基づき前記キャリア光を直交周波数多重変調することで、変調光を生成する変調手段と、前記変調光を増幅する増幅手段と、前記増幅手段による増幅後の前記変調光を伝搬する非線形媒体と、を備えている。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によると、光ニューラルネットワーク装置の入力データのデータ量を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
一実施形態による光ニューラルネットワーク装置の構成図。
一実施形態による変調光の説明図。
一実施形態による光ニューラルネットワーク装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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