An Enhanced Photonic Spiking Neural Network Based on the VCSEL-SA for Recognition and Classification

垂直腔面发射激光器 光子学 人工神经网络 计算机科学 尖峰神经网络 人工智能 模式识别(心理学) 光电子学 材料科学 激光器 物理 光学
作者
Yupeng Zhang,Yu Huang,Yigong Yang,Yuhang Feng,Pei Zhou,Shuiying Xiang,Nianqiang Li
出处
期刊:Journal of Lightwave Technology [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:42 (14): 4851-4859 被引量:1
标识
DOI:10.1109/jlt.2024.3383719
摘要

Neuromorphic computation based on physical devices has attracted wide attention due to its high performance in solving specific tasks. The chosen devices usually imitate the way the brain transmits information and calculates. However, the majority of existing encoding methods for neuromorphic computation rely on either rate or temporal information, resulting in inefficiency in accomplishing computing tasks. Here, we present an efficient and biologically plausible encoding method for a photonic spiking neural network (PSNN) based on vertical-cavity surface-emitting lasers with an embedded saturable absorber (VCSELs-SA). In the proposed method, the date information is encoded into the strength of the injection rectangular pulse and then converted into spikes emitted by VCSELs-SA. We can obtain timing and threshold characteristics by adjusting the injection intensity which is beneficial to process the data in the following steps. The encoding method is verified by recognizing four spiking patterns and four expressions. Furthermore, we classify the Iris data set based on the encoding method with only four pre-neurons and two post-neurons. The encoding method and structure further explore the application of PSNN to pave the way for the hardware implementation.

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