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公開番号2024115918
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-27
出願番号2023021825
出願日2023-02-15
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G06N 3/067 20060101AFI20240820BHJP(計算;計数)
要約【課題】ニューロン間の結合を多様化させることができる光ニューラルネットワーク装置を提供する。
【解決手段】光ニューラルネットワーク装置は、入力データでキャリア光を変調して変調光を出力する変調手段と、前記変調光が通過する変換結合手段と、前記変換結合手段を通過した前記変調光を空間的に分離する分離手段と、を備え、前記変換結合手段は、前記変調光の複数の伝搬モード間の結合を生じさせる結合手段と、前記複数の伝搬モードの内の少なくとも1つの伝搬モードの偏波を変換する変換手段と、を備えている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
入力データでキャリア光を変調して変調光を出力する変調手段と、
前記変調光が通過する変換結合手段と、
前記変換結合手段を通過した前記変調光を空間的に分離する分離手段と、
を備え、
前記変換結合手段は、
前記変調光の複数の伝搬モード間の結合を生じさせる結合手段と、
前記複数の伝搬モードの内の少なくとも１つの伝搬モードの偏波を変換する変換手段と、
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 830 文字）【請求項２】
前記変換手段は、入力ポートの幅が、出力ポートの幅とは異なる導波路を有する、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３】
前記導波路は、前記入力ポートから前記出力ポートに向かうにつれて前記導波路の幅が変化するテーパ領域を含む、請求項２に記載の光ニューラルネットワーク装置。
【請求項４】
前記導波路の周囲の屈折率は一定ではない、請求項２に記載の光ニューラルネットワーク装置。
【請求項５】
前記導波路は基板の上に設けられ、前記導波路における光の搬送方向とは直交する前記導波路の断面は、前記基板の法線方向の直線に対して線対称ではない、或いは、前記搬送方向及び前記法線方向の両方に直交する直線に対して線対称ではない、請求項２に記載の光ニューラルネットワーク装置。
【請求項６】
前記分離手段が出力する空間的に分離された各変調光を偏波分離する偏波分離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７】
前記分離手段が出力する空間的に分離された各変調光を光電変換して重み付け加算する処理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８】
前記変換結合手段は、前記変換手段の上流側と下流側それぞれに前記結合手段を有する、請求項１から７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９】
前記変換手段は、ＴＥモードからＴＭモードへの変換、又は、ＴＭモードからＴＥモードへの変換を行う、請求項８に記載の光ニューラルネットワーク装置。
【請求項１０】
前記結合手段は、前記ＴＥモードにおける複数の伝搬モード間の結合と、前記ＴＭモードにおける複数の伝搬モード間の結合と、を生じさせる、請求項９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 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
非特許文献１は、光ニューラルネットワーク装置を開示している。非特許文献１によると、入力データで位相変調した位相変調光を、マルチモード導波路において複数の伝搬モードで伝搬させる。マルチモード導波路において生じる伝搬モード間の結合によりニューロン間の結合が実現される。また、伝搬モードに応じてマルチモード導波路における伝搬時間が異なるため、過去と現在のニューロンが結合することで記憶が実現される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
ＳａｔｏｓｈｉＳｕｎａｄａ，ｅｔ．ａｌ，"Ｐｈｏｔｏｎｉｃｎｅｕｒａｌｆｉｅｌｄｏｎａｓｉｌｉｃｏｎｃｈｉｐ：Ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ，ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｎｅｕｒｏ－ｉｎｓｐｉｒｅｄｃｏｍｐｕｔｉｎｇａｎｄｓｅｎｓｉｎｇ，" ＯｐｔｉｃａＶｏｌ．８，Ｉｓｓｕｅ１１，ｐｐ．１３８８－１３９６，２０２１年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光ニューラルネットワーク装置の出力に応じた処理、例えば、推論処理の性能を向上させるには、ニューロン間の結合を多様化させることが重要である。ここで、マルチモード導波路においては、その構造により同じ偏波の伝搬モード間の結合については生じ易いが、直交する偏波の伝搬モード間の結合については生じ難い。つまり、ＴＥ（ＴｒａｎｓｖｅｒｓｅＥｌｅｃｔｒｉｃ）モード間の結合や、ＴＭ（ＴｒａｎｓｖｅｒｓｅＭａｇｎｅｔｉｃ）モード間の結合については生じ易いが、ＴＥモードとＴＭモードとの間の結合については生じ難い。これにより、非特許文献１に記載の構成では、ニューロン間の結合の多様化は制限される。
【０００５】
本開示は、ニューロン間の結合を多様化させることができる光ニューラルネットワーク装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、入力データでキャリア光を変調して変調光を出力する変調手段と、前記変調光が通過する変換結合手段と、前記変換結合手段を通過した前記変調光を空間的に分離する分離手段と、を備え、前記変換結合手段は、前記変調光の複数の伝搬モード間の結合を生じさせる結合手段と、前記複数の伝搬モードの内の少なくとも１つの伝搬モードの偏波を変換する変換手段と、を備えている。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によると、ニューロン間の結合を多様化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
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、変換結合部の構成図。
一実施形態による、変換部の構成図。
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】
【０００９】
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうちの二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
【００１０】
＜第一実施形態＞
図１は、本実施形態による光ニューラルネットワーク装置（以下、光ＮＮ装置と表記する。）の構成図である。変調器２には、光ＮＮ装置への入力データが入力される。変調器２は、光源１からのキャリア光を入力データで変調して変調光を出力する。キャリア光は、連続光であっても、パルス光の様な時間的にオン・オフする信号であっても良い。変調器２が使用する変調方式は任意であり、例えば、強度変調又は角度変調であり得る。角度変調は、位相変調又は周波数変調を含む。変調器２は、変調光を変換結合部３に出力する。
（【００１１】以降は省略されています）

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