Investigation of optical reservoir computing using frequency domain optical signal processing

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05377
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
• Research Institution: National Institute of Information and Communications Technology
• Principal Investigator: Shimizu Satoshi 国立研究開発法人情報通信研究機構, ネットワーク研究所フォトニックICT研究センター, 主任研究員 (10533440)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 光コンピューティング / 光コム / 半導体光増幅器

Outline of Final Research Achievements

In this research, we proposed and investigated the reservoir computing using optical comb signal propagating in the semiconductor optical amplifier (SOA). The main achievements of this project are as follows. 1. We proposed amplitude and phase measurement method for broad-band optical comb signal using low bandwidth optical coherent receiver and demonstrated the measurement of 150-GHz optical comb by using 20-GHz receiver. 2. We made numerical model of an SOA to establish the platform of numerical simulation, which can simulate the pulse propagation. 3. By using the numerical model, we demonstrate that slight differences in three similar optical short pulse can be emphasized by propagating through the SOA, and it can be used for optical reservoir. 4. Both in numerical simulations and experiments, we demonstrated the successful learning and inference operation of SantaFe time series, although the accuracy is not so high.

Free Research Field

光通信

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で得られた成果は，光リザバーコンピューティングの検討でこれまであまり注目されてこなかった周波数領域の活用に新たに着目したものとして学術的に意義があったと考えている．とくに，SantaFe時系列の予測問題における実験および数値シミュレーションによる基本動作実証は，光リザバーコンピューティングにおける周波数領域の活用可能性を示すものとして意義深いものであったと考えている．今後，時間領域と周波数領域の両方を有効に活用することで処理能力を飛躍的に向上させることが期待でき，人工知能技術における学習・予測回路の高効率化に寄与できるものとして，社会的にも意義があったと考えている．