Effects of cavity nonlinearities and linear losses on silicon microring-based reservoir computing

要約

マイクロリング共振器 (MRR) は、時間遅延フォトニック リザーバ コンピューティング用の有望なデバイスですが、MRR 内で生じるさまざまな物理的効果がリザーバ コンピューティングのパフォーマンスに及ぼす影響はまだ完全には理解されていません。
時系列タスク NARMA-10 の予測誤差に対する線形損失、熱光学効果、自由キャリア効果の緩和時間の影響を数値的に解析します。
我々は、線形領域から非線形領域への空洞遷移を明らかにする、光源とマイクロリング共振の間の入力パワーと周波数離調によって定義される 3 つの領域の存在を実証します。
これらの領域の 1 つは、入力電力とノード数が比較的低い場合でも時系列予測の誤差が非常に低くなりますが、他の領域は非線形性が欠けているか、不安定になります。
この研究は、時間遅延リザーバ コンピューティングの予測パフォーマンスを向上させるための MRR の設計とその物理的特性の最適化についての洞察を提供します。

要約(オリジナル)

Microring resonators (MRRs) are promising devices for time-delay photonic reservoir computing, but the impact of the different physical effects taking place in the MRRs on the reservoir computing performance is yet to be fully understood. We numerically analyze the impact of linear losses as well as thermo-optic and free-carrier effects relaxation times on the prediction error of the time-series task NARMA-10. We demonstrate the existence of three regions, defined by the input power and the frequency detuning between the optical source and the microring resonance, that reveal the cavity transition from linear to nonlinear regimes. One of these regions offers very low error in time-series prediction under relatively low input power and number of nodes while the other regions either lack nonlinearity or become unstable. This study provides insight into the design of the MRR and the optimization of its physical properties for improving the prediction performance of time-delay reservoir computing.

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