带角度 GST 调制的双微环谐振器：用于神经光子学的超快速非线性激活
光学
2025-04-11 v2 应用物理
摘要
光子技术正在成为神经计算的强大推手，通过提供超快且能效高的神经功能。本文提出并演示了一种新型全光双微环谐振器架构，集成相变材料 Ge2Sb2Te5（GST），用于实现高度精确的非线性激活函数（NLAF）。我们的方法在环中引入 GST 区段的角度定位，实现对光学传输动力学的细粒度控制。通过系统评估十六种不同的相位配置，我们识别出在第一环中 180 度、第二环中 90 度的GST放置位置可实现狭带传输，全宽半最大（FWHM）仅为 0.47 nm。该双环配置提供两个不同的共振波长，促进了增强的非线性调制和多水平光信号处理， closely 模拟生物神经元的行为。值得注意的是，该器件在 4 nm 光谱窗口内实现了高对比度传输（0 到 0.85），且工作温度显著降低至 100 度，优于传统基于 GST 的设计。此外，双环结构实现了光谱选择性和开关对比度能力的独立优化，这些能力以前在单环结构中难以实现。这些结果为可扩展的高速神经光子系统指明了有前景的道路，提供了实用芯片神经处理所需的精度和开关速度。
引用
@article{arxiv.2501.01093,
title = {Dual Micro-Ring Resonators with Angular GST Modulation: Enabling Ultra-Fast Nonlinear Activation for Neuromorphic Photonics},
author = {Hossein Karimkhani and Yaser M. Banad and Sarah Sharif},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.01093},
year = {2025}
}
备注
main file and supplemental materials, The main manuscript includes 10 figures in 17 pages. The supplemental materials include 8 figures and 6 tables