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Photonic integrated neuro-synaptic core for convolutional spiking neural network 被引量:3
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作者 Shuiying Xiang Yuechun Shi +14 位作者 Yahui Zhang Xingxing Guo Ling Zheng Yanan Han Yuna Zhang Ziwei Song Dianzhuang Zheng Tao Zhang Hailing Wang Xiaojun Zhu Xiangfei Chen Min Qiu Yichen Shen Wanhua Zheng Yue Hao 《Opto-Electronic Advances》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第11期29-42,共14页
Neuromorphic photonic computing has emerged as a competitive computing paradigm to overcome the bottlenecks of the von-Neumann architecture.Linear weighting and nonlinear spike activation are two fundamental functions... Neuromorphic photonic computing has emerged as a competitive computing paradigm to overcome the bottlenecks of the von-Neumann architecture.Linear weighting and nonlinear spike activation are two fundamental functions of a photonic spiking neural network(PSNN).However,they are separately implemented with different photonic materials and devices,hindering the large-scale integration of PSNN.Here,we propose,fabricate and experimentally demonstrate a photonic neuro-synaptic chip enabling the simultaneous implementation of linear weighting and nonlinear spike activation based on a distributed feedback(DFB)laser with a saturable absorber(DFB-SA).A prototypical system is experimentally constructed to demonstrate the parallel weighted function and nonlinear spike activation.Furthermore,a fourchannel DFB-SA laser array is fabricated for realizing matrix convolution of a spiking convolutional neural network,achieving a recognition accuracy of 87%for the MNIST dataset.The fabricated neuro-synaptic chip offers a fundamental building block to construct the large-scale integrated PSNN chip. 展开更多
关键词 neuromorphic computation photonic spiking neuron photonic integrated DFB-SA array convolutional spiking neural network
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基于非线性光纤环形腔镜的全光阈值器 被引量:3
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作者 李强 王智 +3 位作者 甫孙 振超 乐燕思 刘岚岚 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期132-137,共6页
基于非线性光纤环形腔镜(NOLM)及光子晶体光纤(PCF)的自相位调制效应(SPM),实现了一种适用于光子神经元的全光阈值器。所使用的PCF非线性系数为16.98(W·km)-1,同时在NOLM中引入可调隔离器。PCF及可调隔离器的使用,缩短了NOLM的腔长... 基于非线性光纤环形腔镜(NOLM)及光子晶体光纤(PCF)的自相位调制效应(SPM),实现了一种适用于光子神经元的全光阈值器。所使用的PCF非线性系数为16.98(W·km)-1,同时在NOLM中引入可调隔离器。PCF及可调隔离器的使用,缩短了NOLM的腔长,同时降低了阈值器对输入光功率的要求。该全光阈值器对光信号的消光比可提高6 d B以上。由于全光阈值器中所有的组成器件均为无源光器件,因此能够处理高速率光信号。该全光阈值器在其他光通信系统中也具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 光纤光学 全光阈值器 非线性光纤环形腔镜 光子晶体光纤 光子神经元
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扰动信号强度对VCSEL光子神经Spiking动力学特性的影响
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作者 谭志存 邓涛 《西南大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2017年第11期157-163,共7页
理论研究了外部光注入下1 300nm-VCSEL光子神经的spiking动力学特性.VCSEL在足够强的连续光注入下工作在稳定的注入锁定态;在注入光中引入扰动信号后,当扰动信号强度较小时,VCSEL不能激发spike信号;一旦扰动信号强度达到一定水平,VCSEL... 理论研究了外部光注入下1 300nm-VCSEL光子神经的spiking动力学特性.VCSEL在足够强的连续光注入下工作在稳定的注入锁定态;在注入光中引入扰动信号后,当扰动信号强度较小时,VCSEL不能激发spike信号;一旦扰动信号强度达到一定水平,VCSEL将激发出稳定的、可重复的spike信号,且spike信号的幅值和形状几乎不随扰动信号强度的变化而变化,但其响应速率却随扰动信号强度的增加而增大.VCSEL光子神经的这种阈值响应特性与生物神经的全或无响应特性类似,但其响应速率却比生物神经快约8个量级. 展开更多
关键词 1 300nm-VCSEL 光注入 光子神经 spiking动力学
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VCSEL光子神经Spiking动力学的抑制特性研究
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作者 李硕 马绍玲 +1 位作者 王之靖 邓涛 《西南师范大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2018年第9期79-85,共7页
理论研究了外部扰动信号的强度和持续时间对1 300 nm-VCSEL光子神经spiking动力学抑制特性的影响.研究结果表明:VCSEL在适当的外部连续光注入下可工作在重复频率为亚纳秒级的连续spiking区;在引入外部扰动信号后,对于较小的扰动信号强度... 理论研究了外部扰动信号的强度和持续时间对1 300 nm-VCSEL光子神经spiking动力学抑制特性的影响.研究结果表明:VCSEL在适当的外部连续光注入下可工作在重复频率为亚纳秒级的连续spiking区;在引入外部扰动信号后,对于较小的扰动信号强度,VCSEL的spiking动力学抑制特性不受影响.随着扰动信号强度的增加,VCSEL在扰动信号作用区可激发出重复频率更低的spikes信号.当扰动信号强度达到一定水平后,VCSEL在扰动信号作用区激发的spikes信号可被有效抑制.此外,被抑制的spikes信号区与外部扰动信号的持续时间基本一致.对于一定的扰动信号强度和持续时间,VCSEL激发的spikes信号在扰动信号作用范围可被完全抑制. 展开更多
关键词 1 300 nm-VCSEL 光子神经 扰动信号 spiking动力学 抑制
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光神经形态计算研究进展与展望(特邀) 被引量:5
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作者 项水英 宋紫薇 +4 位作者 高爽 韩亚楠 张雅慧 郭星星 郝跃 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期30-46,共17页
脑科学与类脑研究是国际必争战略性前沿。人工智能与深度学习的飞速发展对算力提出了迫切需求。而传统的冯诺依曼架构,由于存算分离导致功耗墙和内存墙,摩尔定律也逐渐放缓。光神经拟态计算充分融合高速光通信、光互连、光集成、硅基光... 脑科学与类脑研究是国际必争战略性前沿。人工智能与深度学习的飞速发展对算力提出了迫切需求。而传统的冯诺依曼架构,由于存算分离导致功耗墙和内存墙,摩尔定律也逐渐放缓。光神经拟态计算充分融合高速光通信、光互连、光集成、硅基光电子与神经拟态计算的特点,具有超高速、大带宽、多维度等优势,在高性能计算、人工智能领域有广阔的应用前景,是突破后摩尔时代传统微电子计算极限极具竞争力的方案。本文回顾了国内外主要研究团队在光神经元、光突触、光神经网络的理论、算法及器件方面的工作,并提出了展望。 展开更多
关键词 光神经形态计算 神经元 突触 突触可塑性 光神经网络
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Light-stimulated adaptive artificial synapse based on nanocrystalline metal-oxide film
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作者 Igor S.Balashov Alexander A.Chezhegov +3 位作者 Artem S.Chizhov Andrey A.Grunin Konstantin V.Anokhin Andrey A.Fedyanin 《Opto-Electronic Science》 2023年第10期1-11,共11页
Artificial synapses utilizing spike signals are essential elements of new generation brain-inspired computers.In this paper,we realize light-stimulated adaptive artificial synapse based on nanocrystalline zinc oxide f... Artificial synapses utilizing spike signals are essential elements of new generation brain-inspired computers.In this paper,we realize light-stimulated adaptive artificial synapse based on nanocrystalline zinc oxide film.The artificial synapse photoconductivity shows spike-type signal response,long and short-term memory(LTM and STM),STM-to-LTM transition and paired-pulse facilitation.It is also retaining the memory of previous exposures and demonstrates spike-frequency adaptation properties.A way to implement neurons with synaptic depression,tonic excitation,and delayed accelerating types of response under the influence of repetitive light signals is discussed.The developed artificial synapse is able to become a key element of neuromorphic chips and neuromorphic sensorics systems. 展开更多
关键词 neuromorphic photonics synaptic adaptation spiking neuron neuromorphic computing optoelectronic synaptic devises nanocrystalline metal-oxide film
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A Highly Stable Two-Photon Ratiometric Fluorescence Probe for Real-Time Biosensing and Imaging of Nitric Oxide in Brain Tissues and Larval Zebrafish 被引量:1
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作者 Zhiwen Gong Zhichao Liu +2 位作者 Zhonghui Zhang Yuxiao Mei Yang Tian 《CCS Chemistry》 CAS 2022年第6期2020-2030,共11页
Because nitric oxide(NO)plays important roles in nerve conduction,signal regulation,and immune protection,analysis of NO is of great significance for understanding the physiological and pathological processes related ... Because nitric oxide(NO)plays important roles in nerve conduction,signal regulation,and immune protection,analysis of NO is of great significance for understanding the physiological and pathological processes related to neurological diseases.Herein,a highly stable and selective two-photon ratiometric fluorescent probe was developed for real-time sensing and imaging of NO in neurons,brain tissues,and larval zebrafish,in which a Rhodamine B derivative(RBD)was designed for specific recognition of NO and gold nanoclusters(AuNCs)were synthesized as reference element.The developed organic-inorganic nanoprobe exhibited high stability against biological thiol compounds and high selectivity against other reactive oxygen and nitrogen species,metal ions,and acids.In addition,the response time of the present nanoprobe was less than∼55 s.By using the developed nanoprobe,we proved that hypoxia-induced neuronal death was regulated by NO.Moreover,it was found that the hypoxia-induced NO increase in different brain regions was various and that the NO burst contributed to hypoxia-induced death of zebrafish. 展开更多
关键词 nitric oxide two-photon fluorescence hypoxia brain neuron imaging
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基于光电器件的神经形态类脑芯片研究进展 被引量:1
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作者 陈子龙 张欢 +2 位作者 程传同 毛旭瑞 黄北举 《微纳电子与智能制造》 2021年第1期174-180,共7页
随着信息技术和大数据时代的迅猛发展,计算效率和速度逐渐受到冯·诺依曼架构的制约。神经形态类脑计算通过模拟大脑的运行机制实现存算一体化逐渐成为研究热点。光电器件和神经元遵从的动力学具有数学同构性,利用这种同构性可以实... 随着信息技术和大数据时代的迅猛发展,计算效率和速度逐渐受到冯·诺依曼架构的制约。神经形态类脑计算通过模拟大脑的运行机制实现存算一体化逐渐成为研究热点。光电器件和神经元遵从的动力学具有数学同构性,利用这种同构性可以实现基于光电器件的神经形态类脑芯片,实现类脑的学习、决策、认知等数据处理和分析功能。系统总结了光电类脑器件的工作原理,基于光电类脑器件构建的人工神经元,以及在此基础上构建的神经形态类脑芯片。随着基于光电器件的神经形态类脑芯片逐渐向着高集成度和低功耗方向发展,其必将会在神经形态类脑计算领域扮演越来越重要的角色。 展开更多
关键词 硅基光电子 人工神经元 类脑芯片
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利用双光子显微镜检测活体动物脑内Ca^(2+)动态变化 被引量:3
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作者 刘双双 廖美华 +2 位作者 尹伟 林赵肖楠 肖桂凤 《激光生物学报》 CAS CSCD 2014年第1期29-32,24,共5页
利用正置双光子显微镜系统和荧光探针标记技术,观察脑内Ca2+分布,建立测量活体动物脑内Ca2+动态变化的实验方法。制作活体动物颅骨开窗样本,脑内负载Ca2+标记物Oregon Green 488 BAPTA-1和星型胶质细胞标记物Sulforhodamine 101,利用双... 利用正置双光子显微镜系统和荧光探针标记技术,观察脑内Ca2+分布,建立测量活体动物脑内Ca2+动态变化的实验方法。制作活体动物颅骨开窗样本,脑内负载Ca2+标记物Oregon Green 488 BAPTA-1和星型胶质细胞标记物Sulforhodamine 101,利用双光子显微镜分别检测神经元和星型胶质细胞内Ca2+分布和动作电位引起的Ca2+瞬变。结果显示双光子显微镜可探测到脑内250μm处荧光信号,图像清晰且信噪比高,并能实时检测神经元和星型胶质细胞内Ca2+信号的动态变化。活体脑内Ca2+检测技术平台的建立为基础研究和医药应用提供了在体实验依据。 展开更多
关键词 双光子显微镜 活体动物 Ca2+成像 神经元 星型胶质细胞
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光子脉冲神经元权重器件的研制 被引量:1
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作者 宋晓佳 王智 +5 位作者 李强 孙翀翚 乐燕思 崔粲 吴重庆 刘彪 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期190-194,共5页
互连的光子脉冲神经元通过权重器件联系在一起,为了实现神经网络的大规模计算,权重器件的实现至关重要。利用微机电系统可调光衰减器(VOA),研制了一种可以自动调节光子脉冲神经元的权重器件。该权重器件包括VOA、光电探测器、单片机、... 互连的光子脉冲神经元通过权重器件联系在一起,为了实现神经网络的大规模计算,权重器件的实现至关重要。利用微机电系统可调光衰减器(VOA),研制了一种可以自动调节光子脉冲神经元的权重器件。该权重器件包括VOA、光电探测器、单片机、模数转换器、数模转换器和放大器等模块,可以根据接收的光信号快速计算查表,可对VOA的衰减值进行实时在线调整。该权重器件效率高,且容易实现。该权重器件配合脉冲时间依赖的可塑性(STDP)光路使用,可以实现光子脉冲神经元的STDP学习机制。当STDP曲线窗口高度为0.2时,对权重器件进行了测量,实现了4种STDP学习。实验测量结果与理论计算结果一致。 展开更多
关键词 光学器件 可调光衰减器 可塑性学习机制 光子脉冲神经元 神经网络
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