本發(fā)明涉及光纖器件及仿生神經(jīng)形態(tài)計(jì)算領(lǐng)域，特別是涉及一種基于電光雜化器件的仿生梯級(jí)神經(jīng)元。

背景技術(shù)：

1、物聯(lián)網(wǎng)人工智能技術(shù)在過(guò)去的十幾年時(shí)間里發(fā)生了飛速發(fā)展，它將人工智能技術(shù)嵌入到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和系統(tǒng)中，以提高數(shù)據(jù)分析、智能決策和自主學(xué)習(xí)的能力。其中，動(dòng)態(tài)視覺(jué)信息處理技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)人工智能技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)，是賦予自動(dòng)駕駛、安全監(jiān)控、智能家居等實(shí)際應(yīng)用中圖像數(shù)據(jù)收集、分析、處理及決策能力的關(guān)鍵。在當(dāng)前大數(shù)據(jù)時(shí)代下，動(dòng)態(tài)視覺(jué)信息處理技術(shù)需要更高的信息傳輸以及處理速率，以實(shí)時(shí)、高效地捕捉和分析動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)，這對(duì)設(shè)備系統(tǒng)的信號(hào)延遲、計(jì)算效率及通信速率方面提出了更高要求。

2、仿生光電神經(jīng)形態(tài)計(jì)算器件的發(fā)展為動(dòng)態(tài)視覺(jué)信息處理技術(shù)提供了一種實(shí)施方案。該領(lǐng)域通過(guò)設(shè)計(jì)電子器件的材料、結(jié)構(gòu)以及調(diào)控方式，在電學(xué)或光學(xué)等行為上模仿了生物的神經(jīng)元和突觸機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算任務(wù)。尤其是，近來(lái)研究者利用電子器件中開(kāi)發(fā)有關(guān)昆蟲(chóng)的梯級(jí)神經(jīng)元行為的仿生梯級(jí)神經(jīng)元，能夠針對(duì)性融合時(shí)空信息對(duì)動(dòng)態(tài)視覺(jué)圖像信息實(shí)現(xiàn)原位感知及高效處理。但是，為解決這一問(wèn)題需要增加額外的光電轉(zhuǎn)換模塊及通信設(shè)備，從而導(dǎo)致系統(tǒng)計(jì)算及能源利用效率的降低。

3、近年來(lái)，基于光纖器件的計(jì)算平臺(tái)獲得了極大發(fā)展。通過(guò)在光纖基礎(chǔ)上構(gòu)建電光調(diào)制器，利用電驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)控光信息傳輸行為，能夠?qū)崿F(xiàn)全光纖通信與計(jì)算平臺(tái)。然而，現(xiàn)有的光纖電光調(diào)制器在仿生神經(jīng)元行為以及神經(jīng)形態(tài)計(jì)算能力上還存在空白，亟待發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，本發(fā)明的目的在于，提供一種基于電光雜化器件的仿生梯級(jí)神經(jīng)元，在光纖的透射或反射譜上實(shí)施仿生光纖梯級(jí)神經(jīng)元行為，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)視覺(jué)信息處理功能。

2、一種基于電光雜化器件的仿生梯級(jí)神經(jīng)元，包括光纖跳線和設(shè)置在光纖跳線的端面上的電光調(diào)制器；所述電光調(diào)制器包括一調(diào)制層，其光電特性隨外界刺激變化，所述調(diào)制層接收來(lái)自光纖跳線的光束信號(hào)，根據(jù)變化的光電特性產(chǎn)生變化的信號(hào)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)仿生神經(jīng)元的模擬行為。

3、進(jìn)一步地，所述電光調(diào)制器包括層疊設(shè)置的底部電極、調(diào)制層和頂部電極，所述底部電極和頂部電極與外部的電壓信號(hào)源電連接，向調(diào)制層提供可變化的電壓刺激，以控制調(diào)制層的光電特性變化。

4、進(jìn)一步地，所述電光調(diào)制器包括層疊設(shè)置的底部電極、調(diào)制層、頂部電極，和可調(diào)節(jié)電壓的電壓信號(hào)源；所述電壓信號(hào)源通過(guò)底部電極和頂部電極向調(diào)制層提供可變化的電壓刺激，以控制調(diào)制層的光電特性變化。

5、進(jìn)一步地，所述底部電極全覆蓋光纖跳線的芯徑的端面；所述調(diào)制層分布在底部電極的區(qū)域內(nèi)，與底部電極共中心，且大于底部電極面積的3/5；所述頂部電極分布在調(diào)制層的區(qū)域內(nèi)，與調(diào)制層共中心，且大于調(diào)制層面積的2/5。

6、進(jìn)一步地，所述底部電極與頂部電極采用透明導(dǎo)電材料。

7、進(jìn)一步地，所述調(diào)制層為二維材料。

8、進(jìn)一步地，所述光纖跳線為單模光纖或多模光纖。

9、本發(fā)明還提供了一種基于電光雜化器件的仿生梯級(jí)神經(jīng)元的制作方法，包括步驟：

10、在光纖跳線的端面上沉積底部電極；

11、在底部電極上復(fù)合二維材料形成調(diào)制層；

12、在調(diào)制層上沉積頂部電極。

13、進(jìn)一步地，還包括步驟：

14、在光纖跳線的端面上沉積底部電極；

15、在底部電極上復(fù)合二維材料形成調(diào)制層；

16、在調(diào)制層上沉積頂部電極；

17、通過(guò)導(dǎo)線連接底部電極與電壓信號(hào)源以及頂部電極與電壓信號(hào)源。

18、進(jìn)一步地，在底部電極上復(fù)合二維材料形成調(diào)制層之前還包括步驟：制備得到二維材料。

19、為了更好地理解和實(shí)施，下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。

技術(shù)特征：

1.一種基于電光雜化器件的仿生梯級(jí)神經(jīng)元，其特征在于：包括光纖跳線和設(shè)置在光纖跳線的端面上的電光調(diào)制器；所述電光調(diào)制器包括一調(diào)制層，其光電特性隨外界刺激變化，所述調(diào)制層接收來(lái)自光纖跳線的光束信號(hào)，根據(jù)變化的光電特性產(chǎn)生變化的信號(hào)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)仿生神經(jīng)元的模擬行為。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電光雜化器件的仿生梯級(jí)神經(jīng)元，其特征在于：所述電光調(diào)制器包括層疊設(shè)置的底部電極、調(diào)制層和頂部電極，所述底部電極和頂部電極與外部的電壓信號(hào)源電連接，向調(diào)制層提供可變化的電壓刺激，以控制調(diào)制層的光電特性變化。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電光雜化器件的仿生梯級(jí)神經(jīng)元，其特征在于：所述電光調(diào)制器包括層疊設(shè)置的底部電極、調(diào)制層、頂部電極，和可調(diào)節(jié)電壓的電壓信號(hào)源；所述電壓信號(hào)源通過(guò)底部電極和頂部電極向調(diào)制層提供可變化的電壓刺激，以控制調(diào)制層的光電特性變化。

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于電光雜化器件的仿生梯級(jí)神經(jīng)元，其特征在于：所述底部電極全覆蓋光纖跳線的芯徑的端面；所述調(diào)制層分布在底部電極的區(qū)域內(nèi)，與底部電極共中心，且大于底部電極面積的3/5；所述頂部電極分布在調(diào)制層的區(qū)域內(nèi)，與調(diào)制層共中心，且大于調(diào)制層面積的2/5。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于電光雜化器件的仿生梯級(jí)神經(jīng)元其特征在于：所述底部電極與頂部電極采用透明導(dǎo)電材料。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于電光雜化器件的仿生梯級(jí)神經(jīng)元其特征在于：所述調(diào)制層為二維材料。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于電光雜化器件的仿生梯級(jí)神經(jīng)元，其特征在于：所述光纖跳線為單模光纖或多模光纖。

8.一種基于電光雜化器件的仿生梯級(jí)神經(jīng)元的制作方法，其特征在于：包括步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于電光雜化器件的仿生梯級(jí)神經(jīng)元的制作方法，其特征在于：還包括步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的基于電光雜化器件的仿生梯級(jí)神經(jīng)元的制作方法，其特征在于：在底部電極上復(fù)合二維材料形成調(diào)制層之前還包括步驟：制備得到二維材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于電光雜化器件的仿生梯級(jí)神經(jīng)元及其制作方法，其中，該基于電光雜化器件的仿生梯級(jí)神經(jīng)元包括光纖跳線和設(shè)置在光纖跳線的端面上的電光調(diào)制器；所述電光調(diào)制器包括一調(diào)制層，其光電特性隨外界刺激變化，所述調(diào)制層接收來(lái)自光纖跳線的光束信號(hào)，根據(jù)變化的光電特性產(chǎn)生變化的信號(hào)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)仿生神經(jīng)元的模擬行為。采用本發(fā)明所述的基于電光雜化器件的仿生梯級(jí)神經(jīng)元可以提取動(dòng)態(tài)圖像的時(shí)空信息，以高信息傳輸速率實(shí)施動(dòng)態(tài)視覺(jué)信息的處理。

技術(shù)研發(fā)人員：陳杰威,王文曉,鄭濤,李麗華,郭倩怡,李君毅,楊中民
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華南師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21