High-performance end-to-end deep learning IM/DD link using optics-informed neural networks

光子学 计算机科学 乙状窦函数 人工神经网络 光纤 传输(电信) 光学 非线性系统 深度学习 电子工程 物理 人工智能 电信 工程类 量子力学
作者
Ioannis Roumpos,Lorenzo De Marinis,Manos Kirtas,Nikolaos Passalis,Anastasios Tefas,G. Contestabile,Nikos Pleros,Miltiadis Moralis‐Pegios,Konstantinos Vyrsokinos
出处
期刊:Optics Express [Optica Publishing Group]
卷期号:31 (12): 20068-20068 被引量:8
标识
DOI:10.1364/oe.487209
摘要

In this paper, we introduce optics-informed Neural Networks and demonstrate experimentally how they can improve performance of End-to-End deep learning models for IM/DD optical transmission links. Optics-informed or optics-inspired NNs are defined as the type of DL models that rely on linear and/or nonlinear building blocks whose mathematical description stems directly from the respective response of photonic devices, drawing their mathematical framework from neuromorphic photonic hardware developments and properly adapting their DL training algorithms. We investigate the application of an optics-inspired activation function that can be obtained by a semiconductor-based nonlinear optical module and is a variant of the logistic sigmoid, referred to as the Photonic Sigmoid, in End-to-End Deep Learning configurations for fiber communication links. Compared to state-of-the-art ReLU-based configurations used in End-to-End DL fiber link demonstrations, optics-informed models based on the Photonic Sigmoid show improved noise- and chromatic dispersion compensation properties in fiber-optic IM/DD links. An extensive simulation and experimental analysis revealed significant performance benefits for the Photonic Sigmoid NNs that can reach below BER HD FEC limit for fiber lengths up to 42 km, at an effective bit transmission rate of 48 Gb/s.

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