作者单位
摘要
国防科技大学 电子科学学院,长沙 410073
结合相变材料与马赫-曾德尔干涉仪调制器结构,设计了一种包含ITO微加热器的非易失性光子多值器件,通过对相变材料的结构参数进行仿真,优化了器件的调制窗口。同时对ITO微加热器的结构进行仿真设计,使微加热器的效率更高,更容易实现器件的多值调制。测试表明,该器件在施加电脉冲的过程中实现了超过32个状态(5 bit)的多值调制。这种电调制的非易失性光子多值器件为大规模的非易失性可配置光子硬件神经网络提供了基础的单元。
非易失性 光子器件 马赫-曾德尔干涉仪 相变材料 硒化锑 氧化铟锡 多值 Nonvolatile Photonic devices Mach-Zehnder interferometer Phase change material SbSe ITO Multi-level 
光子学报
2024, 53(1): 0123001
作者单位
摘要
电子科技大学 光纤传感与通信教育部重点实验室,成都 611731
以马赫-曾德尔干涉仪光开关单元组成的4×4 Benes光交换芯片为例,研究了光交换芯片中的相干问题。理论推导了光交换芯片输出端口与输入端口之间光场的变换关系,揭示了信号和串扰的产生规律,分析了光开关状态对串扰相干强度的影响。仿真研究表明:相干串扰对信号插损的影响可以忽略;在不同光开关组合状态下,光交换芯片的串扰波动可达7 dB。根据相干光束之间的相位关系,提出一种等效去除光交换芯片中串扰相干性的方法。另外,对串扰大小对通信误码率的影响进行了实验评估。
光交换芯片 相干效应 Benes结构 马赫-曾德尔干涉仪 串扰 Optical switching chip Coherence effect Benes structure Mach-Zehnder interferometer Crosstalk 
光子学报
2023, 52(10): 1052418
作者单位
摘要
1 广东工业大学 机电工程学院,广州 510006
2 广东工业大学 精密微电子制造技术重点实验室,广州 510006
为了研究自相似脉冲在Mach-Zehnder干涉仪的压缩特性,采用非线性薛定谔方程对自相似脉冲的演化和压缩进行了模拟,分析了基于级联单模光纤的Mach-Zehnder干涉仪的光纤参数对脉冲压缩的影响。结果表明,在不考虑高阶色散的情况下,当上臂的两种单模光纤长度分别为8.16 m和2.16 m、下臂的单模光纤长度为8.16 m时,获得半峰全宽为27.85 fs、峰值功率为1860.59 W、基座能量比例为10.241%的最佳压缩脉冲; 考虑高阶色散时,脉冲在单模光纤中传输呈现出峰值功率增大、基座增大的现象,且脉冲右移不利于输出基座较小的压缩脉冲; 当3阶色散系数小于0.001 ps3/km时,利用Mach-Zehnder干涉仪来压缩能获得质量较好的飞秒脉冲。该研究结果对于自相似脉冲的压缩研究具有一定的参考价值。
光纤光学 Mach-Zehnder干涉仪 自相似脉冲 超短脉冲 基座能量比例 单模光纤 fiber optics Mach-Zehnder interferometer self-similar pulse ultrashort pulse pedestal energy ratio single-mode fiber 
激光技术
2023, 47(6): 803
作者单位
摘要
南京邮电大学通信与信息工程学院,江苏 南京 210003
面向数字图像识别,使用光学器件构建基于快速傅里叶变换(FFT)的光学神经网络(ONN),其中的线性光学处理单元由马赫-曾德尔干涉仪(MZI)实现。这些MZI以网格状布局连接,对通过的光信号进行调制,实现乘法和加法,从而实现对图像的分类识别。针对该ONN对手写数字图像进行识别出现的问题,研究训练算法中的主要超参数即动量系数和学习率对网络性能的影响。首先比较不同学习率下随机梯度下降(SGD)、均方根传递(RMSprop)、适应性矩估计(Adam)和自适应梯度(Adagrad)4种训练算法结合不同非线性函数和不同隐藏层个数后,ONN在识别手写数字图像上的表现。实验结果显示:在学习率从0.5变化到5×10-5、RMSprop训练算法下,具有2个隐藏层、非线性函数为Softplus的FFT型ONN具有最高的识别精确度,达97.4%。此外,着重分析在具有不同动量系数的SGD算法结合不同非线性函数和不同隐藏层个数时ONN对手写数字图像识别的准确率、运行内存和训练时间的影响。进一步,在学习率为0.05和0.005时,比较了SGD、RMSprop训练算法以及各自在引入动量后的网络识别性能。实验结果显示:动量系数为0时,采用SGD算法训练的具有2个隐藏层、非线性函数为Softplus的ONN的识别精度为96%,动量系数为0.9时,ONN的识别精度提高到96.9%;而加入动量的RMSprop算法会导致网络识别准确率不收敛或收敛较慢。
光学神经网络 马赫-曾德尔干涉仪 训练算法 动量 学习率 optical neural network Mach-Zehnder interferometer training algorithm momentum learning rate 
激光与光电子学进展
2023, 60(22): 2220001
作者单位
摘要
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津 300072
2 山东龙泉管道工程股份有限公司,山东 淄博 255200
事件识别是分布式光纤传感的重要应用,现有的模式识别手段存在泛化性差和对弱振动识别的准确率低两个主要难题。以马赫-曾德尔干涉仪为应用对象,从样本来源的角度改善传统的分类器,以时域信号经经验模态分解所得的本征模态函数构建训练样本,使用卷积算子提取信号的波形特征、频域特征、时频域特征,构建深度学习网络,并在相同的神经网络框架下以原始信号为输入设计了4个对照组。所提识别方案在测试集和验证集上对6种目标信号的准确率分别为97.02%和94.88%,泛化性和分类精度均处于最优状态。分类器的平均样本响应时间低于0.07 s,具备良好的可行性与发展前景。
深度学习 经验模态分解 马赫-曾德尔干涉仪 本征模态函数 事件识别 deep learning empirical mode decomposition Mach-Zehnder interferometer intrinsic mode function event recognition 
光学学报
2023, 43(19): 1906005
作者单位
摘要
电子科技大学信息与通信工程学院光纤传感与通信教育部重点实验室,四川 成都 611731
许多幅度再生方案可用马赫‐曾德尔干涉仪(MZI)结构进行建模。研究级联光学相位共轭器(OPC)的MZI(OPC‐MZI)再生方案,以实现近乎理想的相位保持再生。通过分析整个级联系统的功率和相位转移特性,优化设计了满足需求的硅基MZI再生芯片单元。采用正交相移键控(QPSK)调制信号仿真验证了OPC‐MZI再生方案的可行性。仿真结果表明:当输入信噪比为16 dB时,与单级MZI再生芯片相比,OPC‐MZI再生方案的噪声抑制比(NRR)可提高1 dB,相位扰动也由5.7°降至0.07°。
光通信 全光再生 光学相位共轭器 马赫‐曾德尔干涉仪 多级调制信号 optical communications all-optical regeneration optical phase conjugator Mach-Zehnder interferometer multi-level modulation signal 
中国激光
2023, 50(19): 1906005
作者单位
摘要
1 内蒙古电力勘测设计院有限责任公司,呼和浩特市000
2 南京大学现代工程与应用科学学院,南京1003
3 北京湜沅科技有限公司,北京102400
4 南京法艾博光电科技有限公司,南京211135
设计了一种融合相位敏感型光时域反射计(Φ‑OTDR)和马赫‑曾德尔干涉仪(MZI)的预应力钢筋混凝土管(PCCP)断丝监测系统。通过引入优化的IQ解调算法,减少了40%以上的数据运算量。实验结果证明该系统的单端测量距离不低于20 km,频率响应不低于20 kHz,空间定位误差在±2 m以内,具备长距离定位断丝故障和分辨振动事件特征频率的能力,为PCCP的全生命周期在线结构健康监测提供了一种可靠的技术手段。
预应力钢筋混凝土管(PCCP) 相位敏感型光时域反射计(Φ‑OTDR) 马赫‑曾德尔干涉仪(MZI) 断丝监测 prestressed concrete cylinder pipe (PCCP) phase-sensitive optical time domain reflectometry (Φ-OTDR) Mach-Zehnder interferometer (MZI) broken wire detection 
光电子技术
2023, 43(2): 133
作者单位
摘要
重庆理工大学光纤传感与光电检测重庆市重点实验室,重庆 400054
提出一种基于夹层多模光纤马赫-曾德尔干涉仪(MZI)与虚拟游标效应结合的高灵敏度温度传感器,进行了理论分析和实验验证。该光纤MZI是通过在两段1 mm长的阶跃型多模光纤之间拼接一段20 mm的渐变多模光纤制成,夹层多模光纤MZI作为游标效应的传感干涉仪,利用信号处理对该光纤MZI的干涉光谱进行变频得到参考干涉仪光谱,通过叠加传感干涉仪和参考干涉仪的波形实现虚拟游标光谱。实验结果表明,在40~100 ℃温度范围内,该传感系统的温度灵敏度为3.884 nm/℃,与单个夹层多模光纤MZI相比,灵敏度提高了37.346倍。与传统的光纤游标传感器相比,所提出的虚拟游标夹层多模光纤温度传感器具有灵敏度极高、尺寸紧凑、制作简单、成本低、结果更可靠等优点。
光纤光学 夹层多模光纤 马赫-曾德尔干涉仪 温度传感 虚拟游标效应 fiber optics sandwich multimode fiber Mach-Zehnder interferometer temperature sensing virtual vernier effect 
激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1706002
赖明彬 1,2耿敏明 1,2,3,4,*谭伊璇 1,2冯瑶 1,2[ ... ]张振荣 1,2
作者单位
摘要
1 广西大学计算机与电子信息学院,广西 南宁 530004
2 广西多媒体通信与网络技术重点实验室,广西 南宁 530004
3 广西高校多媒体通信与信息处理重点实验室,广西 南宁 530004
4 广西信息科学实验中心,广西 桂林 541004
设计了一种基于绝缘体上硅的具有大带宽调谐范围的紧凑型可重构光学滤波器,该滤波器由两级双微环谐振器辅助对称马赫-曾德尔干涉仪结构级联构成,器件的尺寸为60 μm×87 μm。通过控制微环谐振器的相位,可以实现对滤波器输出带宽和中心波长的调谐。采用时域有限差分方法模拟该器件的性能,仿真结果表明,该滤波器的带宽调谐范围为1.5~5 nm,在调节带宽的过程中滤波器的阻带抑制度大于20 dB,通带损耗为0.73 dB~0.88 dB,同时该滤波器的中心波长调谐范围可以覆盖整个自由光谱范围,并保持3 dB带宽和形状因子基本不变。
集成光学 光学滤波器 马赫-曾德尔干涉仪 带宽可调谐 微环谐振器 integrated optics optical filter Mach-Zehnder interferometer tunable bandwidth microring resonator 
光学学报
2023, 43(11): 1113003
Author Affiliations
Abstract
1 Beijing Jiaotong University, Institute of Lightwave Technology, Key Lab of All Optical Network & Advanced Telecommunication Network of EMC, Beijing, China
2 Photoncounts (Beijing) Technology Co. Ltd., Beijing, China
The photonic neural processing unit (PNPU) demonstrates ultrahigh inference speed with low energy consumption, and it has become a promising hardware artificial intelligence (AI) accelerator. However, the nonidealities of the photonic device and the peripheral circuit make the practical application much more complex. Rather than optimizing the photonic device, the architecture, and the algorithm individually, a joint device-architecture-algorithm codesign method is proposed to improve the accuracy, efficiency and robustness of the PNPU. First, a full-flow simulator for the PNPU is developed from the back end simulator to the high-level training framework; Second, the full system architecture and the complete photonic chip design enable the simulator to closely model the real system; Third, the nonidealities of the photonic chip are evaluated for the PNPU design. The average test accuracy exceeds 98%, and the computing power exceeds 100TOPS.
optics photonics Mach–Zehnder interferometer array photonic neural processing unit design 
Advanced Photonics Nexus
2023, 2(3): 036014

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