北京邮电大学 信息光子学与光通信国家重点实验室, 北京 100876
当前光子神经网络的研究主要集中在单一模态网络的性能提升上，而缺少对多模态信息处理的研究。与单一模态网络相比，多模态学习可以利用不同模态信息之间的互补性，因此，多模态学习可以使得模型学习到的表示更加完备。本文提出了将光子神经网络和多模态融合技术相结合的方法。首先，利用光子卷积神经网络和光子人工神经网络相结合构建异构光子神经网络，并通过异构光子神经网络处理多模态数据。其次，在融合阶段通过引入注意力机制提升融合效果，最终提高任务分类的准确率。在多模态手写数字数据集分类任务上，使用拼接方法融合的异构光子神经网络的分类准确率为95.75%；引入注意力机制融合的异构光子神经网络的分类准确率为98.31%，并且优于当前众多先进单一模态的光子神经网络。结果显示：与电子异构神经网络相比，该模型训练速度提升了1.7倍。与单一模态的光子神经网络模型相比，异构光子神经网络可以使得模型学习到的表示更加完备，从而有效地提高多模态手写数字数据集分类的准确率。
光子神经网络 多模态 注意力机制 photonic neural network multimodal attention mechanism
1 北京邮电大学 电子工程学院
2 北京邮电大学 信息光子学与光通信国家重点实验室,北京 100876
微腔孤子光频梳在相干光通信、光学频率合成、激光雷达、微波光子学和量子光学等领域有着广阔的应用前景，高效棱镜耦合是晶体微腔孤子光频梳集成应用及系统封装的必然技术途径。文章研制开发了一种耦合效率和有载Q值分别达到71.56%和1.8×109的氟化镁微腔-棱镜耦合系统，并且基于该高效棱镜耦合系统实现了氟化镁微腔孤子光频梳和15.99 GHz低相噪微波信号产生，拍频信号相位噪声水平约为-117 dBc/Hz@10 kHz，极大推动了低相噪微型光电振荡器的实际应用发展。
高效棱镜耦合 孤子光频梳 氟化镁晶体微腔 品质因子 相位噪声 efficient prism coupling soliton optical frequency comb magnesium fluoride microresonator quality factor phase noise
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of Information Photonics and Optical Communications, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China
In this paper, we propose and experimentally demonstrate a joint shaping technique to improve the performance of a low-resolution transmission system for the first time, to the best of our knowledge. The joint shaping technique combines probabilistic shaping (PS) and error feedback noise shaping (EFNS). In the 40-Gbaud intensity-modulation direct-detection (IM/DD) experimental transmission system, a bit-error-rate (BER) of can be achieved easily with the joint shaping at the physical number of bits (PNOB) of 3. In the 30-Gbaud dual polarization (DP) coherent experimental transmission system, a BER below is easily obtained with a 3-bit quantizer by using joint shaping. The optimization of the shaping degree is also analyzed.
optical fiber communication quantization digital signal processing Chinese Optics Letters
2023, 21(5): 050602
北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室，北京 100876
光学手性超构表面是由亚波长尺度单元所组成的平面或准平面光子器件。其结合了新的物理光学原理和前沿纳米制备技术，可产生极强的光学手性，在光学手性传感、手性粒子分离及手性调控等方面有广阔的应用前景。本文介绍了手性超构表面的基本原理，从金属材料和介电材料的角度分类总结了手性超构表面的国内外研究进展，重点关注其圆二色性响应和近场手性响应，并介绍了手性超构表面的应用方向。
材料 手性超构表面 表面等离激元共振 米氏共振 手性传感 激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0500001
Author Affiliations
Abstract
1 Beijing National Research Center for Information Science and Technology (BNRist) and Department of Electronic Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China
2 State Key Laboratory of Information Phonetics and Optical Communications, Beijing University of Post and Telecommunications, Beijing 100876, China
In this paper, an artificial-intelligence-based fiber communication receiver model is put forward. With the multi-head attention mechanism it contains, this model can extract crucial patterns and map the transmitted signals into the bit stream. Once appropriately trained, it can obtain the ability to restore the information from the signals whose transmission distances range from 0 to 100 km, signal-to-noise ratios range from 0 to 20 dB, modulation formats range from OOK to PAM4, and symbol rates range from 10 to 40 GBaud. The validity of the model is numerically demonstrated via MATLAB and Pytorch scenarios and compared with traditional communication receivers.
fiber receiver model neural networks multi-head attention mechanism Chinese Optics Letters
2023, 21(3): 030602
为了解决316L不锈钢基板直接电沉积的困难、前处理复杂和现有局部电沉积技术柔性差的问题，在电沉积系统中引入激光，在利用激光去除不锈钢表面氧化膜的同时实现了无掩模诱导定域电沉积。采用扫描电子显微镜、X射线色散谱分析法、循环伏安法和电流-时间曲线对加工机理及镀层性能进行了理论和试验分析，研究了激光的单脉冲能量、扫描速度和脉冲频率对镀层表面形貌的影响规律，并研究了热累积效应对沉积精度的影响。试验结果表明，激光的引入可以在未经前处理的不锈钢表面实现局部电沉积，且镀层表面质量、耐蚀性和结合力较好，尺寸精度和沉积速率高。
激光技术 电沉积 不锈钢 定域金镀层 氧化膜 中国激光
2022, 49(22): 2202003
1 北京邮电大学电子工程学院，北京 100876
2 北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室，北京 100876
集成化和低相噪是微波信号源发展的必然趋势和实用化基础，高相干微腔孤子光频梳拍频为新型的集成低相噪微波信号产生提供了有效技术途径。基于高品质氟化镁晶体微盘腔实现了孤子锁模光频梳的稳定生成与相干拍频，最终得到频率为15.38 GHz的低相噪微波信号，其相位噪声水平达到-120 dBc/Hz@10 kHz ，表现出小型化和低相噪的应用优势，有望成为未来集成化高性能微波信号源发展的重要技术支撑。
信号处理 氟化镁晶体微腔 孤子光频梳 微波信号产生 低相噪 集成化 光学学报
2022, 42(20): 2007001
1 北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室，北京 100876
2 北京邮电大学电子工程学院，北京 100876
超高品质回音壁晶体微腔在非线性光学、相干光通信以及微波光子学等领域具有广阔的应用前景。改善表面粗糙度以降低散射损耗是提升氟化镁晶体微盘腔品质因子的有效途径。基于超精密机械加工法制备出亚纳米表面粗糙度的超光滑氟化镁晶体微盘腔，通过将锥形光纤耦合与腔内衰荡法相结合，测得氟化镁晶体微盘腔在1550 nm波段的品质因子Q值达到1.2×109，这有助于推动我国超高品质回音壁晶体微腔领域的研究发展。
光学器件 回音壁模式 氟化镁晶体微盘腔 表面粗糙度 品质因子 光学学报
2022, 42(19): 1923004
北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室，北京 100876
针对电子计算中摩尔定律不断减慢、电子晶体管的规模接近物理极限等造成的计算速度难以进一步提高的问题，提出了一种基于VGG16的衍射光子神经网络（VGG16-DONN）结构。该结构利用光衍射层作为VGG16的光学前端，替换了VGG16中计算耗时占比最大的第一层电卷积层，分别对CelebA数据集和猫狗数据集进行分类（分类精度分别达到86.34%和88.53%），实现了与电子神经网络相当的分类精度。此外，基于此结构，提出了一种面向情境依赖处理（CDP）的VGG16-DONN方法，对CelebA数据集进行分类（平均精度为83.10%），同样达到了与电子神经网络相当的分类精度。不难看出，VGG16-DONN以及其与CDP模块相结合的方式，除了能够借助光计算速度快的优势克服电子神经网络计算慢的问题外，还能够达到与电子神经网络相当的精度，这对于图像处理、医疗、通信等领域都具有重要意义。
光计算 衍射光子神经网络 情境依赖处理 正交权重修改算法 光学学报
2022, 42(19): 1920001
1 北京邮电大学信息 1. 光子学与光通信国家重点实验室
2 2. 电子工程学院, 北京 100876
针对微波通信、雷达、电子战和导航等先进电子系统的应用发展需求, 为了实现具有实用价值的极低相噪耦合微波光电振荡信号产生, 提出了一种基于Sigma型光纤储能环腔架构的低相噪启钥式耦合微波光电振荡器。该方案通过Sigma型光纤储能技术消除了耦合微波光电振荡器中存在的偏振衰落问题, 并且通过有源光纤环腔再生增益特性极大增强了振荡器品质因数, 最终实现了10GHz耦合微波光电振荡器的开机启钥稳定运行, 起振信号在10kHz频偏处的相位噪声达到-139.26dBc/Hz。
耦合微波光电振荡器 Sigma腔 抗偏振衰落 品质因数 相位噪声 coupled optoelectronic microwave oscillator Sigma cavity anti-polarization fading quality factor phase noise
