基于钒氧化物的亚毫瓦阈值功率和可调偏置全光非线性激活函数用于波长复用光子神经网络
光学
2025-02-18 v1 应用物理
摘要
不断增长的神经计算对高效硬件的需求凸显了电子系统在速度、能源效率和可扩展性方面的局限性。波长复用（WDM）光子神经网络提供了高带宽、低延迟的替代方案，但需要有效的光子激活函数。本文提出一种基于钒氧化物（VO2）的高效且可调偏置全光非线性激活函数，用于 WDM 光子神经网络。我们设计了带有 VO2 贴片的 SiN/BTO 波导，利用相变材料的可逆绝缘到金属转变（IMT）实现非线性激活。我们进行数值仿真以优化波导几何形状和 VO2 参数，最小化传输和耦合损失，同时实现强烈的非线性响应和低阈值激活功率。我们提议的器件具有亚毫瓦阈值功率、5 m 面积和 ELU 类激活函数。时间动力学显示上升时间可低至 5 s。此外，器件的偏置可通过热力学调节，提高了速度和能源效率。另一方面，使用 CIFAR-10 数据集进行的性能评估确认了该器件在卷积神经网络（CNN）中的潜力。我们的结果表明，混合 VO2/SiN/BTO 平台可能在发展高性能光子神经网络的道路上发挥重要作用。
引用
@article{arxiv.2407.16472,
title = {Sub-milliwatt threshold power and tunable-bias all-optical nonlinear activation function using vanadium dioxide for wavelength-division multiplexing photonic neural networks},
author = {Jorge Parra and Juan Navarro-Arenas and Pablo Sanchis},
journal= {arXiv preprint arXiv:2407.16472},
year = {2025}
}