基于光子储备池计算系统的在线掩码的控制方法以及系统

本发明涉及在线掩码的控制的，尤其涉及一种基于光子储备池计算系统的在线掩码的控制方法以及系统。

背景技术：

1、随着科技的发展，光子储备池计算系统作为智能系统，储备池计算（reservoircomputing, rc）是一种人工神经网络类智能算法，是回声状态网络模型（esn）和液态机的统称。与传统人工神经网络不同的是它使用具有特定性质的递归网络构成储备池，储备池的输入权重和网络内部递归连接权重是随机生成并在训练中固定不变的，而只需对读出权重进行训练。因为训练过程不改变网络内部连接，从而采用简单的线性回归方法即可完成rc读出权重的训练。

2、此时，光子储备池计算系统在结构上可分为输入层、输出层、储备池层。其储备池层仅由带延迟反馈环的半导体激光器（semiconductor laser, sl）构成，在外部输入信号的激励下sl会产生非线性暂态响应。因而按照一定时间间隔对非线性节点的输出进行采样就将获得其在不同时刻的状态。可是，掩码是指对原本在t时刻内恒定的输入数据乘以一个随机序列（称作掩码），从而增加其丰富程度，目前，大多数研究都是基于离线掩码，基于离线掩码的方案导致其不能应用于实时输入的任务中，无法保证光子储备池计算系统达到好的计算性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于光子储备池计算系统的在线掩码的控制方法以及系统，基于光子储备池计算系统划分为实时掩码部分以及光子储备池；在实时掩码部分，dfb laser 1提供注入光子储备池的光源；dfb laser1为分布反馈激光器1；调制dfb laser1的泵浦电流，并将电信号数据转换为光信号，同时，输入的信号每个周期t输入一个脉冲信号，脉冲宽度为虚拟节点间隔θ；dfb laser1输入的光信号经过一个分束器fc1，将光信号分成n路分支，每一路的分支都有一个光电调制器；n路分支所对应的信号经过不同长度的路径后进入合束器fc2，并合为一束，以输出在线掩码后的光信号，从而实现了实时在线掩码，并摆脱了离线掩码的技术方案，保证了光子储备池计算系统达到好的计算性能。

2、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于光子储备池计算系统的在线掩码的控制方法，应用于基于光子储备池计算系统的在线掩码的控制场景；所述基于光子储备池计算系统的在线掩码的控制方法包括：

3、基于光子储备池计算系统划分为实时掩码部分以及光子储备池；

4、在实时掩码部分，dfb laser 1提供注入光子储备池的光源；dfb laser1为分布反馈激光器1；

5、调制dfb laser1的泵浦电流，并将电信号数据转换为光信号，同时，输入的信号每个周期t输入一个脉冲信号，脉冲宽度为虚拟节点间隔θ；

6、dfb laser1输入的光信号经过一个分束器fc1，将光信号分成n路分支，每一路的分支都有一个光电调制器；

7、n路分支所对应的信号经过不同长度的路径后进入合束器fc2，并合为一束，以输出在线掩码后的光信号。

8、可选的，所述基于光子储备池计算系统划分为实时掩码部分以及光子储备池，包括：

9、定格光子储备池计算系统；

10、对光子储备池计算系统进行层级划分；

11、基于光子储备池计算系统的层级划分而划分为实时掩码部分以及光子储备池，此时，关联实时掩码部分以及光子储备池。

12、可选的，所述在实时掩码部分，dfb laser 1提供注入光子储备池的光源；dfblaser1为分布反馈激光器1，包括：

13、在实时掩码部分，dfb laser 1提供注入光子储备池的光源；

14、基于光子储备池的光源进行信号处理，此时，dfb laser1为分布反馈激光器1。

15、可选的，所述在实时掩码部分，dfb laser 1提供注入光子储备池的光源；dfblaser1为分布反馈激光器1，还包括：

16、dfb laser1 作为注入数据的驱动激光器，其非线性动力学状态可由方程（1）（2）表示；

17、 （1）

18、（2）

19、其中， e d( t)表示dfb laser1的慢变电场， n d( t)表示载流子密度； n0表示透明载流子密度， gn表示增益系数； τp表示光子寿命， τs表示载流子寿命； ε 表示增益饱和系数， α 是线宽增强因子； jth 表示激光器的阈值电流密度， jd表示归一化的偏置电流， γ表示输入缩放因子； f d( t)表示自发辐射噪声，  f d( t) = (2 βn(t))1/2 ξ( t)， ξ( t)是随机白噪声， β为自发辐射因子； jm( t)是输入的待处理信号，即以t为周期，持续时间为 θ的脉冲信号。

20、可选的，所述调制dfb laser1的泵浦电流，并将电信号数据转换为光信号，同时，输入的信号每个周期t输入一个脉冲信号，脉冲宽度为虚拟节点间隔θ，包括：

21、调制dfb laser1的泵浦电流，并对泵浦电流进行管控；

22、采集电信号数据，基于电信号数据转换为光信号，同时，输入的信号每个周期t输入一个脉冲信号，脉冲宽度为虚拟节点间隔θ。

23、可选的，所述dfb laser1输入的光信号经过一个分束器fc1，将光信号分成n路分支，每一路的分支都有一个光电调制器，包括：

24、采集dfb laser1输入的光信号；

25、将dfb laser1输入的光信号经过一个分束器fc1，此时，分束器fc1对dfb laser1输入的光信号进行分光处理；

26、将光信号分成n路分支，每一路的分支都有一个光电调制器。

27、可选的，所述n路分支所对应的信号经过不同长度的路径后进入合束器fc2，并合为一束，以输出在线掩码后的光信号，包括：

28、定格n路分支所对应的信号；

29、n路分支所对应的信号经过不同长度的路径后进入合束器fc2，并合为一束，此时，变成了在周期t内连续变化、状态丰富的光信号，基于该光信号作为在线掩码后的光信号。

30、可选的，所述基于光子储备池计算系统的在线掩码的控制方法还包括：

31、dfb_laser1输出的光强为 id( t) = | ed( t)|2，经过分束器fc1后分为 n路分支，每路分支的光强为 id( t)/n，经过分支上的调制器后各路分支的输出可以表示为 id( t-( m-1) θ)cos2(фm)/ n。

32、可选的，所述基于光子储备池计算系统的在线掩码的控制方法还包括：

33、这里фm表示各分支上调制器施加的偏置电压所导致的补偿相位， m = 1, 2,… , n；因此，各路分支上的光信号经过合束器fc2后的光信号可以由（3）式表示：

34、（3）。

35、可选的，一种基于光子储备池计算系统的在线掩码的控制系统，所述基于光子储备池计算系统的在线掩码的控制系统应用于上述的基于光子储备池计算系统的在线掩码的控制方法，所述基于光子储备池计算系统的在线掩码的控制系统包括：

36、划分模块，用于基于光子储备池计算系统划分为实时掩码部分以及光子储备池；

37、光源模块，用于在实时掩码部分，dfb laser 1提供注入光子储备池的光源；dfblaser1为分布反馈激光器1；

38、转换模块，用于调制dfb laser1的泵浦电流，并将电信号数据转换为光信号，同时，输入的信号每个周期t输入一个脉冲信号，脉冲宽度为虚拟节点间隔θ；

39、分支模块，用于dfb laser1输入的光信号经过一个分束器fc1，将光信号分成n路分支，每一路的分支都有一个光电调制器；

40、输出模块，用于n路分支所对应的信号经过不同长度的路径后进入合束器fc2，并合为一束，以输出在线掩码后的光信号。

41、在本发明实施例中，通过本发明实施例中的方法，基于光子储备池计算系统划分为实时掩码部分以及光子储备池；在实时掩码部分，dfb laser 1提供注入光子储备池的光源；dfb laser1为分布反馈激光器1；调制dfb laser1的泵浦电流，并将电信号数据转换为光信号，同时，输入的信号每个周期t输入一个脉冲信号，脉冲宽度为虚拟节点间隔θ；dfblaser1输入的光信号经过一个分束器fc1，将光信号分成n路分支，每一路的分支都有一个光电调制器；n路分支所对应的信号经过不同长度的路径后进入合束器fc2，并合为一束，以输出在线掩码后的光信号，从而实现了实时在线掩码，并摆脱了离线掩码的技术方案，保证了光子储备池计算系统达到好的计算性能。