特許ウォッチ

公開番号2025101481
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-07
出願番号2023218351
出願日2023-12-25
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G06E 3/00 20060101AFI20250630BHJP(計算;計数)
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
【解決手段】光ニューラルネットワーク装置は、入力データに基づき複数の第1サブキャリアを強度変調することでマルチトーン信号を生成する生成手段と、キャリア光を生成する光源と、前記マルチトーン信号及び前記キャリア光が入力され、入力される前記マルチトーン信号のレベルに応じて入力される前記キャリア光の強度を変化させることにより、前記マルチトーン信号で強度変調された変調光を出力する変調手段と、前記変調光を光電変換する光電変換手段と、を備え、前記変調手段は、入力される信号のレベルが第1レベルであると出力される光の強度が極大となり、入力される信号のレベルが第2レベルであると出力される光の強度が極小となる特性を有し、前記マルチトーン信号のレベルが変化する範囲は、前記第1レベル又は前記第2レベルを含む様に設定されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
入力データに基づき複数の第１サブキャリアを強度変調することでマルチトーン信号を生成する生成手段と、
キャリア光を生成する光源と、
前記マルチトーン信号及び前記キャリア光が入力され、入力される前記マルチトーン信号のレベルに応じて入力される前記キャリア光の強度を変化させることにより、前記マルチトーン信号で強度変調された変調光を出力する変調手段と、
前記変調光を光電変換する光電変換手段と、
を備え、
前記変調手段は、入力される信号のレベルが第１レベルであると出力される光の強度が極大となり、入力される信号のレベルが第２レベルであると出力される光の強度が極小となる特性を有し、前記マルチトーン信号のレベルが変化する範囲は、前記第１レベル又は前記第２レベルを含む様に設定されている、光ニューラルネットワーク装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記変調手段は、マッハツェンダ変調器である、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】
入力データに基づき複数の第１サブキャリアを強度変調することでマルチトーン信号を生成する生成手段と、
前記マルチトーン信号が入力され、入力される前記マルチトーン信号のレベルに応じた強度の光を出力することにより、前記マルチトーン信号で強度変調された変調光を出力する光源と、
前記変調光を光電変換する光電変換手段と、
を備え、
前記光源は、入力される信号のレベルが第１レベルを超えると発光し、前記マルチトーン信号のレベルが変化する範囲は、前記第１レベルを含む様に設定されている、光ニューラルネットワーク装置。
【請求項４】
前記光源は、レーザダイオードである、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が通過する非線形媒体と、
をさらに備え、
前記光電変換手段は、前記非線形媒体を通過した前記変調光を光電変換する、請求項１から４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６】
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が通過する非線形媒体と、
前記非線形媒体を通過した前記変調光に対して周波数によって異なる遅延を与える遅延手段と、
をさらに備え、
前記光電変換手段は、前記遅延手段によって遅延が与えられた前記変調光を光電変換する、請求項１から４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】
前記光電変換手段が出力する電気信号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４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１０】
前記処理手段は、前記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９に記載の光ニューラルネットワーク装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
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 1,900 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、入力データを最大（Ｘ×Ｙ）ビットにすることができる。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、入力データに基づき複数の第１サブキャリアを強度変調することでマルチトーン信号を生成する生成手段と、キャリア光を生成する光源と、前記マルチトーン信号及び前記キャリア光が入力され、入力される前記マルチトーン信号のレベルに応じて入力される前記キャリア光の強度を変化させることにより、前記マルチトーン信号で強度変調された変調光を出力する変調手段と、前記変調光を光電変換する光電変換手段と、を備え、前記変調手段は、入力される信号のレベルが第１レベルであると出力される光の強度が極大となり、入力される信号のレベルが第２レベルであると出力される光の強度が極小となる特性を有し、前記マルチトーン信号のレベルが変化する範囲は、前記第１レベル又は前記第２レベルを含む様に設定されている。
【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。
一実施形態によるマルチトーン信号の例を示す図。
変調光を生成する際のマッハツェンダ変調器及び光源の動作説明図。
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。
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）

関連特許