論文の概要: Memory Capacity Analysis of Time-delay Reservoir Computing Based on Silicon Microring Resonator Nonlinearities

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.01812v1
• Date: Mon, 3 Jun 2024 22:10:25 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-06-05 20:42:35.606993
• Title: Memory Capacity Analysis of Time-delay Reservoir Computing Based on Silicon Microring Resonator Nonlinearities
• Title（参考訳）: シリコンマイクロリング共振器非線形性に基づく時間遅延貯留層計算のメモリ容量解析
• Authors: Bernard J. Giron Castro, Christophe Peucheret, Francesco Da Ros,
• Abstract要約: シリコンマイクロリング共振器(MRR)はフォトニック貯水池計算(RC)方式の非線形ノードとして機能する可能性が強い。 シリコンMRR内の非線形性を利用することで、RCの入力データを高次元空間にマッピングすることができる。 MRRのスルーとポートの間に外部導波路を追加することで、拡張メモリを備えたTDRC(Time-delay RC)を実装することができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Silicon microring resonators (MRRs) have shown strong potential in acting as the nonlinear nodes of photonic reservoir computing (RC) schemes. By using nonlinearities within a silicon MRR, such as the ones caused by free-carrier dispersion (FCD) and thermo-optic (TO) effects, it is possible to map the input data of the RC to a higher dimensional space. Furthermore, by adding an external waveguide between the through and add ports of the MRR, it is possible to implement a time-delay RC (TDRC) with enhanced memory. The input from the through port is fed back into the add port of the ring with the delay applied by the external waveguide effectively adding memory. In a TDRC, the nodes are multiplexed in time, and their respective time evolutions are detected at the drop port. The performance of MRR-based TDRC is highly dependent on the amount of nonlinearity in the MRR. The nonlinear effects, in turn, are dependent on the physical properties of the MRR as they determine the lifetime of the effects. Another factor to take into account is the stability of the MRR response, as strong time-domain discontinuities at the drop port are known to emerge from FCD nonlinearities due to self-pulsing (high nonlinear behaviour). However, quantifying the right amount of nonlinearity that RC needs for a certain task in order to achieve optimum performance is challenging. Therefore, further analysis is required to fully understand the nonlinear dynamics of this TDRC setup. Here, we quantify the nonlinear and linear memory capacity of the previously described microring-based TDRC scheme, as a function of the time constants of the generated carriers and the thermal of the TO effects. We analyze the properties of the TDRC dynamics that generate the parameter space, in terms of input signal power and frequency detuning range, over which conventional RC tasks can be satisfactorily performed by the TDRC scheme.
• Abstract（参考訳）: シリコンマイクロリング共振器(MRR)はフォトニック貯水池計算(RC)方式の非線形ノードとして機能する可能性が強い。 自由キャリア分散(FCD)や熱光学効果(TO)の影響などシリコンMRR内の非線形性を利用することで、RCの入力データを高次元空間にマッピングすることができる。 さらに、MRRのスルーとポートの間に外部導波路を追加することで、メモリを拡張したTDRC(Time-delay RC)を実装することができる。 スルーポートからの入力は、外部導波路によって印加された遅延がメモリを効果的に加算することでリングの加算ポートにフィードバックされる。 TDRCでは、ノードは時間内に多重化され、それぞれの時間進化がドロップポートで検出される。 MRRに基づくTDRCの性能は、MRRの非線形性の量に大きく依存する。 非線形効果は、その効果の寿命を決定するため、MRRの物理的性質に依存する。 もう一つの要因はMRR応答の安定性であり、ドロップポートにおける強い時間領域の不連続性は自己パルス(高い非線形挙動)によってFCD非線形性から生じることが知られている。 しかし、最適性能を達成するために、あるタスクにRCが必要とする正しい非線形性の定量化は困難である。 したがって、このTDRCセットアップの非線形力学を完全に理解するためには、さらなる解析が必要である。 本稿では, 先述したマイクロリング型TDRC方式の非線形・線形メモリ容量を, 発生したキャリアの時間定数とTO効果の熱の関数として定量化する。 本稿では,パラメータ空間を生成するTDRC力学の特性を,入力信号パワーと周波数調整範囲の観点から解析する。

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