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

背景技術：

1、物聯(lián)網(wǎng)人工智能技術在過去的十幾年時間里發(fā)生了飛速發(fā)展，它將人工智能技術嵌入到物聯(lián)網(wǎng)設備和系統(tǒng)中，以提高數(shù)據(jù)分析、智能決策和自主學習的能力。其中，動態(tài)視覺信息處理技術作為物聯(lián)網(wǎng)人工智能技術中的重要環(huán)節(jié)，是賦予自動駕駛、安全監(jiān)控、智能家居等實際應用中圖像數(shù)據(jù)收集、分析、處理及決策能力的關鍵。在當前大數(shù)據(jù)時代下，動態(tài)視覺信息處理技術需要更高的信息傳輸以及處理速率，以實時、高效地捕捉和分析動態(tài)圖像數(shù)據(jù)，這對設備系統(tǒng)的信號延遲、計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)計算器件的發(fā)展為動態(tài)視覺信息處理技術提供了一種實施方案。該領域通過設計電子器件的材料、結構以及調(diào)控方式，在電學或光學等行為上模仿了生物的神經(jīng)元和突觸機制，以實現(xiàn)計算任務。尤其是，近來研究者利用電子器件中開發(fā)有關昆蟲的梯級神經(jīng)元行為的仿生梯級神經(jīng)元，能夠針對性融合時空信息對動態(tài)視覺圖像信息實現(xiàn)原位感知及高效處理。但是，為解決這一問題需要增加額外的光電轉換模塊及通信設備，從而導致系統(tǒng)計算及能源利用效率的降低。

3、近年來，基于光纖器件的計算平臺獲得了極大發(fā)展。通過在光纖基礎上構建電光調(diào)制器，利用電驅動信號調(diào)控光信息傳輸行為，能夠實現(xiàn)全光纖通信與計算平臺。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)計算能力上還存在空白，亟待發(fā)展。

技術實現(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神經(jīng)元，在光纖的透射或反射譜上實施仿生光纖梯級神經(jīng)元行為，實現(xiàn)動態(tài)視覺信息處理功能。

2、一種基于電光雜化器件的仿生梯級神經(jīng)元，包括光纖跳線和設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)制層接收來自光纖跳線的光束信號，根據(jù)變化的光電特性產(chǎn)生變化的信號響應，實現(xiàn)仿生神經(jīng)元的模擬行為。

3、進一步地，所述電光調(diào)制器包括層疊設置的底部電極、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、進一步地，所述電光調(diào)制器包括層疊設置的底部電極、調(diào)制層、頂部電極，和可調(diào)節(jié)電壓的電壓信號源；所述電壓信號源通過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、進一步地，所述底部電極與頂部電極采用透明導電材料。

7、進一步地，所述調(diào)制層為二維材料。

8、進一步地，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、通過導線連接底部電極與電壓信號源以及頂部電極與電壓信號源。

18、進一步地，在底部電極上復合二維材料形成調(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施，下面結合附圖詳細說明本發(fā)明。

技術特征：

1.一種基于電光雜化器件的仿生梯級神經(jīng)元，其特征在于：包括光纖跳線和設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)制層接收來自光纖跳線的光束信號，根據(jù)變化的光電特性產(chǎn)生變化的信號響應，實現(xiàn)仿生神經(jīng)元的模擬行為。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于電光雜化器件的仿生梯級神經(jīng)元，其特征在于：所述電光調(diào)制器包括層疊設置的底部電極、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)權利要求1所述的基于電光雜化器件的仿生梯級神經(jīng)元，其特征在于：所述電光調(diào)制器包括層疊設置的底部電極、調(diào)制層、頂部電極，和可調(diào)節(jié)電壓的電壓信號源；所述電壓信號源通過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)權利要求2或3所述的基于電光雜化器件的仿生梯級神經(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)權利要求4所述的基于電光雜化器件的仿生梯級神經(jīng)元其特征在于：所述底部電極與頂部電極采用透明導電材料。

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

7.根據(jù)權利要求6所述的基于電光雜化器件的仿生梯級神經(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神經(jīng)元的制作方法，其特征在于：包括步驟：

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

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

技術總結
本發(fā)明涉及一種基于電光雜化器件的仿生梯級神經(jīng)元及其制作方法，其中，該基于電光雜化器件的仿生梯級神經(jīng)元包括光纖跳線和設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)制層接收來自光纖跳線的光束信號，根據(jù)變化的光電特性產(chǎn)生變化的信號響應，實現(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神經(jīng)元可以提取動態(tài)圖像的時空信息，以高信息傳輸速率實施動態(tài)視覺信息的處理。

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