目 錄
1. 新型光子計(jì)算簡(jiǎn)介 1
1.1　計(jì)算光學(xué) 1
1.1.1　計(jì)算光學(xué)的優(yōu)勢(shì) 2
1.1.2　邏輯光計(jì)算機(jī) 5
1.1.3　具有空間變換的光計(jì)算 6
1.2　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 8
1.2.1　感知機(jī) 9
1.2.2　前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 11
1.2.3　遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 12
1.2.4　深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 14
1.2.5　Hopfield網(wǎng)絡(luò) 15
1.3　早期光子實(shí)現(xiàn) 17
1.3.1　光學(xué)感知機(jī) 18
1.3.2　光學(xué)Hopfield網(wǎng)絡(luò) 19
1.4　結(jié)論 21
原著參考文獻(xiàn) 21
2. 光子儲(chǔ)備池系統(tǒng)的信息處理和計(jì)算 22
2.1　介紹 22
2.1.1　數(shù)字計(jì)算的邊界 22
2.1.2　模擬計(jì)算 23
2.2　儲(chǔ)備池計(jì)算 24
2.2.1　一個(gè)更寬松的計(jì)算模型 24
2.2.2　如何訓(xùn)練儲(chǔ)備池計(jì)算機(jī) 25
2.2.3　儲(chǔ)備池性能的測(cè)量 26
2.2.4　作為模型系統(tǒng)的回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò) 27
2.2.5　對(duì)儲(chǔ)備池的一般要求 29
2.2.6　物理儲(chǔ)備池計(jì)算 30
2.3　儲(chǔ)備池信息處理 31
2.3.1　再現(xiàn)記憶 31
2.3.2　非線性處理能力 33
2.3.3　記憶、非線性和噪聲敏感性 34
2.4　結(jié)論 36
原著參考文獻(xiàn) 36
3. 集成片上儲(chǔ)備池 37
3.1　介紹 37
3.2　無(wú)源儲(chǔ)備池計(jì)算 37
3.3　集成光學(xué)讀出層 40
3.3.1　基本原理 40
3.3.2　訓(xùn)練集成光學(xué)讀出層 41
3.3.3　權(quán)重分辨率的影響 44
3.4　通信應(yīng)用 45
3.4.1　非線性色散補(bǔ)償 45
3.4.2　PAM-4邏輯 48
3.5　混沌腔 49
3.5.1　設(shè)計(jì) 50
3.5.2　方法 50
3.5.3　XOR任務(wù) 51
3.5.4　幀頭識(shí)別 52
3.5.5　儲(chǔ)備池的Q因子和時(shí)間尺度 53
3.6　用于細(xì)胞識(shí)別的柱狀散射體 54
3.6.1　用數(shù)字全息顯微鏡分選細(xì)胞 54
3.6.2　用于極限學(xué)習(xí)機(jī)（ELM）實(shí)現(xiàn)的電介質(zhì)散射體 55
3.6.3　相位靈敏度的非線性 58
3.6.4　電介質(zhì)散射體和光腔的組合 60
3.7　結(jié)論 61
原著參考文獻(xiàn) 61
4. 大型時(shí)空儲(chǔ)備池 62
4.1　導(dǎo)言 62
4.2　衍射耦合 62
4.2.1　耦合矩陣 65
4.2.2　網(wǎng)絡(luò)規(guī)模限制 68
4.3　垂直發(fā)射激光器的網(wǎng)絡(luò) 69
4.3.1　網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)和光注入 71
4.3.2　函數(shù)逼近 73
4.4　Ikeda振蕩器的儲(chǔ)備池 73
4.4.1　實(shí)驗(yàn)設(shè)置 74
4.4.2　耦合Ikeda振蕩器的驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò) 75
4.4.3　讀出權(quán)重和光子學(xué)習(xí) 76
4.4.4　抑制單極系統(tǒng)的性能限制 78
4.4.5　系統(tǒng)性能 79
4.4.6　噪聲和漂移 81
4.4.7　自治系統(tǒng)：輸出反饋 83
4.5　結(jié)論 85
原著參考文獻(xiàn) 86
5. 用于儲(chǔ)備池計(jì)算的時(shí)間延遲系統(tǒng) 87
5.1　導(dǎo)言 87
5.2　標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備池計(jì)算 87
5.3　延遲反饋系統(tǒng) 88
5.4　作為儲(chǔ)備池的延遲反饋系統(tǒng) 90
5.4.1　用具有延遲反饋功能的非線性節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn) 91
5.4.2　延遲反饋方法中的時(shí)間復(fù)用 92
5.4.3　基于延遲的儲(chǔ)備池計(jì)算中的讀出和訓(xùn)練 93
5.4.4　例子：混沌時(shí)間序列預(yù)測(cè) 94
5.5　基于延遲的儲(chǔ)備池計(jì)算機(jī)的互連結(jié)構(gòu) 96
5.5.1　通過(guò)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的互連結(jié)構(gòu) 97
5.5.2　通過(guò)反饋線的互連結(jié)構(gòu) 99
5.6　輸入層的權(quán)重分布 100
5.7　基于延遲的儲(chǔ)備池計(jì)算的計(jì)算量 101
5.8　基于延遲的儲(chǔ)備池計(jì)算的硬件實(shí)現(xiàn) 103
5.8.1　基于延遲的儲(chǔ)備池計(jì)算的電子實(shí)現(xiàn)示例 104
5.8.2　基于延遲的儲(chǔ)備池計(jì)算機(jī)物理實(shí)現(xiàn)中的挑戰(zhàn) 106
5.9　結(jié)論 111
原著參考文獻(xiàn) 112
6. 作為儲(chǔ)備池處理器的Ikeda延遲動(dòng)力學(xué) 113
6.1　導(dǎo)言 113
6.2　從理想實(shí)驗(yàn)到光電裝置 113
6.2.1　Ikeda環(huán)形腔的工作原理 113
6.2.2　通過(guò)光電方法轉(zhuǎn)換的全光學(xué)Ikeda設(shè)置 115
6.3　建模和理論 116
6.3.1　數(shù)學(xué)模型、時(shí)間尺度、運(yùn)動(dòng) 116
6.3.2　動(dòng)力學(xué)線性部分 117
6.3.3　反饋和非線性 118
6.3.4　延遲引起的復(fù)雜性：自由度、初始條件、相空間 119
6.4　用延遲系統(tǒng)模擬動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò) 120
6.4.1　延遲系統(tǒng)的時(shí)空表示 120
6.4.2　舉例說(shuō)明：延遲動(dòng)力學(xué)中的嵌合狀態(tài) 121
6.4.3　從自主延遲動(dòng)力學(xué)到非自主延遲動(dòng)力學(xué) 124
6.5　基于Ikeda的光子儲(chǔ)備池 125
6.5.1　儲(chǔ)備池計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)ESN 125
6.5.2　將ESN模型轉(zhuǎn)換為延遲動(dòng)力學(xué)模型 126
6.5.3　基于Ikeda的光子儲(chǔ)備池計(jì)算實(shí)現(xiàn)示例 128
6.6　結(jié)論 134
原著參考文獻(xiàn) 134
7. 半導(dǎo)體激光器作為儲(chǔ)備池基底 135
7.1　導(dǎo)言 135
7.2　激光器基礎(chǔ)和半導(dǎo)體類型 135
7.3　用于儲(chǔ)備池計(jì)算的單模半導(dǎo)體激光器 137
7.3.1　建模和數(shù)值結(jié)果 137
7.3.2　單模半導(dǎo)體激光器的首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn) 140
7.3.3　單模半導(dǎo)體激光器的進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn) 142
7.4　作為儲(chǔ)備池基底的其他光子系統(tǒng) 143
7.4.1　用于儲(chǔ)備池計(jì)算的半導(dǎo)體環(huán)形激光器 143
7.4.2　摻鉺微芯片激光器 147
7.4.3　半導(dǎo)體光學(xué)放大器 148
7.5　結(jié)論 148
原著參考文獻(xiàn) 148
8. 先進(jìn)的儲(chǔ)備池計(jì)算機(jī)：模擬自主系統(tǒng)和實(shí)時(shí)控制 149
8.1　導(dǎo)言 149
8.2　簡(jiǎn)單的光子儲(chǔ)備池計(jì)算機(jī) 150
8.3　模擬輸入層和讀出層的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn) 152
8.3.1　實(shí)驗(yàn)設(shè)置 153
8.3.2　結(jié)果 158
8.3.3　討論 163
8.4　在線訓(xùn)練 163
8.4.1　隨機(jī)梯度下降算法 164
8.4.2　實(shí)驗(yàn)設(shè)置 166
8.4.3　結(jié)果 167
8.5　輸出反饋 171
8.5.1　實(shí)驗(yàn)設(shè)置 172
8.5.2　結(jié)果 174
8.6　結(jié)論 188
原著參考文獻(xiàn) 189
展望 190