JP6784644B2 - 光信号処理回路 - Google Patents
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Description
ーティング技術が提案されている(非特許文献1,2参照)。図1に、RCを行うための一般的なリザーバコンピュータ100の構成を示す。リザーバコンピュータ100は、入力信号が各々のニューロンに結合する入力層101、各ニューロンが相互に結合する中間層102、各ニューロンの信号を和算し出力する出力層103からなる。入力層101として入力信号u(n)を入れた場合、出力層103からの出力信号y(n)は以下の式(1)、(2)で決定される。
図3に、本発明の実施形態1に係る光信号処理回路の物理レイヤである光学系の概略構成を示す。レーザ光源311より出射したレーザ光は、光変調器312により光電界の強度または位相値が変調される。この光電界の振幅または位相が入力信号u(t)となる。信号光u(t)は光伝送路313を通過し、光カプラ314を介して光周回部315に入力される。光伝送路313には、例えば光ファイバや光導波路が利用できる。
本構成の動作について説明する。入力として変調周期Tで強度変調された入力信号u(t)を考える。u(t)は光周回部315を介し、光カプラ318で分岐され、光パルス整形器319へと向かう。この光信号の時間応答波形x(t)は以下の式で記述される。
図6に、本発明の実施形態2に係る光信号処理回路の光学系の概略構成を示す。レーザ光源511より出射したレーザ光は、光変調器512により光電界の強度または位相値が変調される。この光電界の振幅または位相が入力信号u(t)となる。信号光u(t)は光伝送路513を通過し、光カプラ514を介して光周回部515に入力される。光伝送路513には、例えば光ファイバや光導波路が利用できる。
本構成の動作について説明する。上述したような光学系からの変調周期Tで変調された入力信号u(t)が光パルス整形器516に入力されると、光カプラ518で分岐され光パルス整形器519へと向かう光信号の時間応答波形x(t)は以下の式で記述される。
RCにおいては、学習すべき変数は出力層におけるωjのみであり、実施形態1では光パルス整形器319における重み量、実施形態2では光パルス整形器519における重み量である。その決定方法についてもいくつか手法がある。ここでは例として式(18)で記述されるLeast mean square(LMS)法について説明するが、本発明の効果は学習のアルゴリズムに依らず得られるものであり、本発明の請求の範囲を限定するものではない。
本発明による学習例を示す。非線形時系列学習のベンチマークとして標準的に用いられるNARMAタスクを行い、教師信号を再現できるかについて検討する。実施形態2の光学系をシミュレーション上で再現し、式(20)で記述されるNARMA10の出力が近似出来るかについて計算を行った。
上述した従来例のように、式(2)にあたる演算を電気領域で実行する場合(非特許文献2参照)、全てのxi(n)を光受信機で測定して光信号から電気信号に変換しなくてはならない。この場合、式(5)などから分かるように、設定できるdtの値は光受信機が応答する範囲で選ばなければならない。前述したように、本方式のサンプリング周期は、典型的にはNdtで与えられる。従って、従来方式ではニューロン数が増すほどサンプリング周波数が低下し、演算のスループットが低下する。
101 入力層
102 中間層
103 出力層
201 レーザ光源
202 光変調器
203、206 スプリッタ
204 サーキュレータ
205 光源
207 偏波制御器
208 減衰器
209 PD
210 測定器
311、511 レーザ光源
312、512 光変調器
313、513 光伝送路
314、318、514、518 光カプラ
315、515 光周回部
316 VOA
317、517 非線形応答素子
319、519、516 光パルス整形器
320、520 光受信機
Claims (4)
- 光信号を発生する光源と、
前記光信号の強度または位相を変調し入力信号を発生させる光変調手段と、
前記入力信号が所定の遅延長で周回する光周回部と、
前記光周回部に前記入力信号を合流させる光合波手段と、
前記光周回部を周回する前記入力信号に非線形性を付与する非線形応答素子と、
前記光周回部を周回する前記入力信号を変調する可変光変調手段と、
前記光周回部を周回する前記入力信号の一部を分岐する光分岐手段と、
前記光分岐手段により分岐された前記入力信号から所定の時間間隔を有する複数の入力信号を生成し、任意の結合荷重で前記複数の入力信号を合波することにより光パルスの形状を任意に整形する第1の光パルス整形手段と、
前記第1の光パルス整形手段から受信した前記光パルスの強度または位相に対応する出力信号を出力する光受信手段と、
を備え、前記第1の光パルス整形手段は、前記出力信号と教師信号との誤差が小さくなるように、前記結合荷重を変更することを特徴とする光信号処理装置。 - 前記第1の光パルス整形手段は、
前記光分岐手段により分岐された前記入力信号をN分岐(Nは2以上の整数)する第2の光分岐手段と、
前記第2の光分岐手段のN分岐の各々に接続された遅延長の異なるN本の遅延線と、
前記N本の遅延線を通過する前記複数の入力信号の強度または位相を個別に制御する制御手段と、
前記制御手段によって制御された前記複数の入力信号を再び合流する光合波手段と、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の光信号処理装置。 - 前記可変光変調手段は、第2の光パルス整形手段であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光信号処理装置。
- 前記第2の光パルス整形手段は、
前記光分岐手段により分岐された前記入力信号をN分岐(Nは2以上の整数)する第3の光分岐手段と、
前記第3の光分岐手段のN分岐の各々に接続された遅延長の異なるN本の遅延線と、
前記N本の遅延線を通過する前記複数の入力信号の強度または位相を個別に制御する制御手段と、
前記制御手段によって制御された前記複数の入力信号を再び合流する光合波手段と、
を備えたことを特徴とする請求項3に記載の光信号処理装置。
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