基于量子級(jí)聯(lián)激光器發(fā)射的中紅外激光，研究人員發(fā)展了一個(gè)基本的光學(xué)神經(jīng)元系統(tǒng) ，運(yùn)行速度比生物神經(jīng)的速度快10,000。這一研究成果發(fā)表在近期出版的期刊《Advanced Photonics》上。　

量子級(jí)聯(lián)光電子器件

在許多觀察到的環(huán)境中，會(huì)發(fā)生一些極端的現(xiàn)象。自然界就是一個(gè)多產(chǎn)源 ：洶涌的水波在涌浪之上洶涌而過 、季風(fēng)降雨以及 野火等。從氣候科學(xué)到光學(xué)，物理學(xué)家對(duì)極端事件的特征進(jìn)行了分類，拓展了其概念的內(nèi)涵。例如，極端事件可以在電信數(shù)據(jù)流中發(fā)生。在光纖通訊時(shí)，大量的時(shí)空波動(dòng)會(huì)在 跨洋系統(tǒng) 中發(fā)生，突然的涌浪就是一個(gè)極端事件，是必須要壓縮控制的。因?yàn)檫@一極端事件會(huì)潛在的改變物理層的部件或擾亂私人通訊的傳輸。

在最近，極端事件在量子級(jí)聯(lián)激光器中被觀察到，這一事件經(jīng)由法國(guó)的Télécom Paris 研究人員聯(lián)合美國(guó)的UCLA 和德國(guó)的TU Darmstad所共同發(fā)現(xiàn)的。巨大的脈沖表征這些極端的事件，可以對(duì)由于大腦的強(qiáng)大的計(jì)算能力所造成的神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)中的通訊所帶來(lái)的突發(fā)的、突然爆發(fā)的事件的表征�；�于量子級(jí)聯(lián)激光器發(fā)射的中紅外激光，研究人員發(fā)展了一個(gè)基本的光學(xué)神經(jīng)元系統(tǒng) ，運(yùn)行速度比生物神經(jīng)的速度快10,000。這一研究成果發(fā)表在近期出版的期刊《Advanced Photonics》上。　　

經(jīng)由鏡子對(duì)用于OF的外腔所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)設(shè)置

▲圖解：NPBS, nonpolarizing beam splitter（非極化分束）; MCT, mercury–cadmium–telluride detector（汞-鎘-碲化物探測(cè)器）; OSCI, fast oscilloscope（快速示波器 ）; AWG, arbitrary waveform generator（任意波形發(fā)生器）; LDD, laser diode driver（激光二極管驅(qū)動(dòng)器）

巨大的脈沖、精細(xì)的調(diào)制

Olivier Spitz，系Télécom Paris的研究人員，且是論文的第一作者，注意到量子級(jí)聯(lián)激光器中的巨大的脈沖是可以被增加的一個(gè) 脈沖上激勵(lì)（pulse-up excitation）所觸發(fā)。這是一個(gè)短時(shí)間的小振幅增加的偏壓電流。作者 Frédéric Grillot，系Télécom Paris 和新墨西哥大學(xué)的教授，解釋說(shuō)這一觸發(fā)能力是在光學(xué)神經(jīng)元系統(tǒng)等應(yīng)用場(chǎng)合最為重要的事情，需要光突發(fā)在攝動(dòng)時(shí)能夠被觸發(fā)。

這一團(tuán)隊(duì)的光學(xué)神經(jīng)元系統(tǒng)展示了在生物神經(jīng)中所觀察到的行為，如閾值、相位尖峰、補(bǔ)藥等。調(diào)制和頻率的精細(xì)調(diào)制使得對(duì)尖刺間的時(shí)間間隔的控制可以很好的完成。Grillot 解釋說(shuō)，神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng) 需要一個(gè)強(qiáng)大的、超閾值刺激的系統(tǒng)來(lái)點(diǎn)燃尖刺的反應(yīng)，此時(shí)的相位和主音峰值同單個(gè)的或連續(xù)的尖刺點(diǎn)燃相對(duì)應(yīng)，遵循刺激的到來(lái)。為了復(fù)制不同神經(jīng)元的反應(yīng)，同神經(jīng)元活動(dòng)相關(guān)的有規(guī)律的連續(xù)爆發(fā)的解釋也是必須的。

兩級(jí)級(jí)聯(lián)激光器

Grillot 注意到團(tuán)隊(duì)所報(bào)道的發(fā)現(xiàn)顯示，量子級(jí)聯(lián)激光器不斷增加的潛在應(yīng)用，同常規(guī)的半導(dǎo)體激光或VCSELs相比，是非常復(fù)雜的技術(shù)，在當(dāng)前需要實(shí)現(xiàn)神經(jīng)形態(tài)特性。

實(shí)驗(yàn)顯示，在1994年第一次被發(fā)明出來(lái)的時(shí)候，發(fā)展的量子級(jí)聯(lián)激光器的原型是在低溫下使用的。這一發(fā)展非常迅速，目前我們可以在溫暖的溫度下，甚至在室溫下也 可以工作。由于該類型的激光器可以實(shí)現(xiàn)大量的波長(zhǎng)，從3nm到300微米范圍均可實(shí)現(xiàn)，量子級(jí)聯(lián)激光器在工業(yè)應(yīng)用中日益增多，尤其是光譜學(xué)、光學(xué)對(duì)抗和自由空間的通訊。

依據(jù)Grillot的觀點(diǎn)，在量子級(jí)聯(lián)激光器中的物理現(xiàn)象同半導(dǎo)體激光是顯著不同的。量子級(jí)聯(lián)激光器比半導(dǎo)體激光器要優(yōu)越，在于 在導(dǎo)帶狀態(tài) 的亞皮秒電子躍遷和載流子壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于光子壽命。Grillot說(shuō)到，量子級(jí)聯(lián)激光器在光反饋的條件下呈現(xiàn)出完全不同于光發(fā)射的行為，包括但不限于巨大脈沖的發(fā)生，激光同調(diào)制的反饋以及頻率梳動(dòng)力學(xué)等。