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On-chip spiking neural networks based on add-drop ring microresonators and electrically reconfigurable phase-change material photonic switches

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Photonics Research 2024年第4期12卷 755-766页

作者： QIANG ZHANG NING JIANG YIQUN ZHANG ANRAN LI HUANHUAN XIONG GANG HU YONGSHENG CAO kun qiu School of Information and Communication Engineering University of Electronic Science and Technology of ChinaChengdu 611731China

We propose and numerically demonstrate a photonic computing primitive designed for integrated spiking neural networks (SNNs) based on add-drop ring microresonators (ADRMRs) and electrically reconfigurable phasechange material (PCM) photonic switches. In this neuromorphic system, the passive silicon-based ADRMR,equipped with a power-tunable auxiliary light, effectively demonstrates nonlinearity-induced dual neural dynamics encompassing spiking response and synaptic plasticity that can generate single-wavelength optical neural spikes with synaptic weight. By cascading these ADRMRs with different resonant wavelengths, weighted multiple-wavelength spikes can be feasibly output from the ADRMR-based hardware arrays when external wavelengthaddressable optical pulses are injected;subsequently, the cumulative power of these weighted output spikes is utilized to ascertain the activation status of the reconfigurable PCM photonic switches. Moreover, the reconfigurable mechanism driving the interconversion of the PCMs between the resonant-bonded crystalline states and the covalent-bonded amorphous states is achieved through precise thermal modulation. Drawing from the thermal properties, an innovative thermodynamic leaky integrate-and-firing (TLIF) neuron system is proposed. With the TLIF neuron system as the fundamental unit, a fully connected SNN is constructed to complete a classic deep learning task:the recognition of handwritten digit patterns. The simulation results reveal that the exemplary SNN can effectively recognize 10 numbers directly in the optical domain by employing the surrogate gradient algorithm. The theoretical verification of our architecture paves a whole new path for integrated photonic SNNs, with the potential to advance the field of neuromorphic photonic systems and enable more efficient spiking information processing.

关键词： neural networks precise

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Transfer-learning multi-input multi-output equalizer for mode-division multiplexing systems

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Chinese Optics Letters 2024年第7期22卷 12-18页

作者： Tianfeng Zhao Feng Wen Mingming Tan Baojian Wu Bo Xu kun qiu Key Laboratory of Optical Fiber Sensing and Communication Ministry of EducationUniversity of Electronic Science and Technology of ChinaChengdu 611731China Aston Institute of Photonics Technologies Aston UniversityBirmingham B47ETUK

We propose a transfer-learning multi-input multi-output(TL-MIMO)scheme to significantly reduce the required training complexity for converging the equalizers in mode-division multiplexing(MDM)*** on a built three-mode(LP01,LP11a,and LP11b)multiplexed experimental system,we thoughtfully investigate the TL-MIMO performances on the three-typed data,collecting from different sampling times,launching optical powers,and inputting optical signal-to-noise ratios(OSNRs).A dramatic reduction of approximately 40%–83.33%in the required training complexity is achieved in all three ***,the good stability of TL-MIMO in both the launched powers and OSNR test bands has also been proved.

关键词： mode division multiplexing multi-input multi-output transfer learning training complexity

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Plotinus:A Satellite Internet Digital Twin System

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Journal of Communications and Information Networks 2024年第1期9卷 24-33页

作者： Yue Gao kun qiu Zhe Chen Wenjun Zhu Qi Zhang Handong Luo Quanwei Lin Ziheng Yang Wenhao Liu The Intelligent Networking and Computing Research Center and School of Computer Science Fudan UniversityShanghai 200433China

The development of space-air-ground integrated networks (SAGIN) requires sophisticated satellite Internet emulation tools that can handle complex, dynamic topologies and offer in-depth analysis. Existing emulation platforms struggle with challenges like the need for detailed implementation across all network layers, real-time response, and scalability. This paper proposes a digital twin system based on microservices for satellite Internet emulation,namely Plotinus,which aims to solve these problems. Plotinus features a modular design, allowing for easy replacement of the physical layer to emulate different aerial vehicles and analyze channel interference. It also enables replacing of path computation methods to simplify testing and deploying algorithms. In particular, Plotinus allows for real-time emulation with live network traffic,enhancing practical network models. The evaluation result shows Plotinus’s effective emulation of dynamic satellite networks with real-world devices. Its adaptability for various communication models and algorithm testing highlights Plotinus’s role as a vital tool for developing and analyzing SAGIN systems, offering a cross-layer,real-time,and scalable digital twin system.

关键词： network emulation framework dynamic topology adjustment microservice architecture

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Experiments and simulation on the overall DMG of long-haul cascade FM-EDFA systems

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Chinese Optics Letters 2024年第4期22卷 53-59页

作者：江歆睿武保剑严伟文峰邱昆 Key Laboratory of Optical Fiber Sensing and Communications Ministry of EducationUniversity of Electronic Science and Technology of ChinaChengdu 611731China

All-fiber few-mode erbium-doped fiber amplifiers(FM-EDFAs) with isolation and wavelength division multiplexers(IWDMs)have been developed to enable flexible pumping in different directions. The FM-EDFA can achieve >30 d B modal gain with<0.3 d B differential modal gain(DMG). We experimentally simulate the DMG performance of a cascade FM-EDFA system using the equivalent spectrum method. The overall DMG reaches 1.84 d B after 10-stage amplification. We also build a recirculating loop to simulate the system, and the developed FM-EDFA can support transmission up to 3270 km within a 2 d B overall DMG by optimizing the few-mode fiber length in the loop.

关键词： mode division multiplexing few-mode erbium-doped fiber amplifier gain equalization

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技术“傲慢”与教育“偏见”:一个场域冲突的视角

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电化教育研究 2024年第4期45卷 25-31,45页

作者：邱昆胡钦晓曲阜师范大学教育学院山东曲阜273165

厘清技术与教育的关系,是实现技术与教育深度融合的基本前提,也是技术时代讲好教育故事的必然选择。历史地看,技术与教育的双向互动,呈现出“傲慢”与“偏见”的相互博弈,技术对教育大致经历了从“沉睡”到“觉醒”再到“扩张”的阶段... 详细信息

厘清技术与教育的关系,是实现技术与教育深度融合的基本前提,也是技术时代讲好教育故事的必然选择。历史地看,技术与教育的双向互动,呈现出“傲慢”与“偏见”的相互博弈,技术对教育大致经历了从“沉睡”到“觉醒”再到“扩张”的阶段性旅程,教育对技术则进行了从“无视”到“接纳”再到“迷失”的即时性回应。基于此,文章从场域冲突的视角,分析了技术“傲慢”与教育“偏见”的成因:“技术意向性”与“教育对象性”的结构冲突、“形而下之器”与“形而上之道”的惯习冲突、“技术成事”与“教育成人”的权力冲突。由此,造成了主体性消解、创新性束缚、生命性遮蔽等问题。为更好促成两者的深度融合,需要在“载道于器”层面上把握技术辅助教育的功能定位,在“以道御器”层面上把握教育主导技术的育人核心,在“道器相长”层面上把握教育协同技术的相向而行。

关键词：技术“傲慢” 教育“偏见” 技术与教育场域理论场域冲突场域融合

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基于MCABResnet的二维滚动轴承故障诊断新方法

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机床与液压 2024年第9期52卷 192-200页

作者：邱坤康琳董增寿太原科技大学电子信息学院山西太原030024

针对时域信号冗余度大及滚动轴承故障诊断效果和强噪声环境下诊断正确率低和泛化能力差的问题,提出一种新的基于多联合注意力机制和多残差卷积块的多尺度进化故障诊断方法。采用宽、窄核卷积的跃迁块和多联合注意机制对深层卷积进行特... 详细信息

针对时域信号冗余度大及滚动轴承故障诊断效果和强噪声环境下诊断正确率低和泛化能力差的问题,提出一种新的基于多联合注意力机制和多残差卷积块的多尺度进化故障诊断方法。采用宽、窄核卷积的跃迁块和多联合注意机制对深层卷积进行特征补充,减少特征流失,保证特征图的质量。通过通道和空间注意力权重的分配,为卷积层提供不同的权重参数,进行自适应特征细化。将提出的方法分别在凯斯西储大学轴承数据集和东南大学轴承数据集进行试验验证及分析。结果显示:所提方法的分类正确率超过99.75%,即使在强噪声环境下,分类正确率也超过98.5%;在变工况下,平均分类正确率超过了90%。因此,所提方法具有良好的故障诊断效果、泛化能力和抗噪声性能。

关键词：故障诊断残差表达注意力机制通道权重

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基于改进虚拟同步发电机的构网型并联储能逆变器控制研究

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热力发电 2024年第8期53卷 77-84页

作者：陈薇徐佳红张亚丽李松邱亚仇坤合肥工业大学电气与自动化工程学院安徽合肥230009

针对构网型变换器预同步过程时电力系统频率电压稳定性低导致变换器并网失败的问题,提出一种基于改进线性自抗扰控制(LADRC)的构网型变换器预同步控制策略。首先,采用无锁相环(PLL)控制策略,通过相位偏差的反馈控制对网侧电压的相位和... 详细信息

针对构网型变换器预同步过程时电力系统频率电压稳定性低导致变换器并网失败的问题,提出一种基于改进线性自抗扰控制(LADRC)的构网型变换器预同步控制策略。首先,采用无锁相环(PLL)控制策略,通过相位偏差的反馈控制对网侧电压的相位和幅值进行快速同步追踪,可避免因PLL精度较低和响应速度慢而引起的电力系统稳定性降低的问题。在此基础上,在有功频率支路模块的角频率输出端引入LADRC,这可以有效解决预同步控制过程中变换器输出电压频率存在过冲的问题,从而确保构网型变换器预同步控制顺利进行最终实现成功并网。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台中搭建基于改进LADRC的构网型变换器预同步控制模型并进行仿真验证,结果表明所提控制策略可以有效抑制系统频率震荡,并能够加速系统预同步进程,确保构网型变换器安全运行最终实现成功并网,仿真结果验证了所提方法的有效性。

关键词：构网型变换器预同步控制自抗扰控制无锁相环控制有功频率支路

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面向模分复用系统的遗传-MIMO均衡参数优化技术

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电子学报 2024年第5期52卷 1601-1608页

作者：赵天烽文峰冯变霞武保剑许渤邱昆电子科技大学信息与通信工程学院光纤传感与通信教育部重点实验室四川成都611731

在模分复用系统的数字信号处理单元中,多输入多输出(Multi-Input Multi-Output,MIMO)均衡技术可用来补偿由各类模式相关噪声引起的信号误码率(Bit Error Rate,BER)劣化问题.而MIMO均衡算法的工作性能严重依赖于步长因子μ以及抽头数K,... 详细信息

在模分复用系统的数字信号处理单元中,多输入多输出(Multi-Input Multi-Output,MIMO)均衡技术可用来补偿由各类模式相关噪声引起的信号误码率(Bit Error Rate,BER)劣化问题.而MIMO均衡算法的工作性能严重依赖于步长因子μ以及抽头数K,因此在固化均衡器之前,确定MIMO均衡算法中μ-K参数组合的最优值至关重要.为提高参数优化效率,提出了一种基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)的MIMO均衡参数优化方案,即遗传-MIMO(GAMIMO),在保证最小BER输出的同时降低参数优化过程所需的计算开销.为验证GA-MIMO的工作性能,构建了基于10 km六模光纤的点对点通信实验系统,使用新方案补偿并行通信的六路数据,并与最速下降法和迭代算法进行性能比较.实验结果表明,所提GA方案可实现MIMO均衡中最高99.98%的最优μ-K参数命中率,且GA-MIMO算法的全局搜索性使其相比于最速下降法和迭代算法可最多分别节省86.14%和90.3%的均衡算法调用次数,有效降低了确定最优μ-K参数组合时的计算开销.

关键词：模分复用多输入多输出遗传算法少模光纤最小均方误差

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MLSE-assisted decision feedback equalizer for error-propagation suppression in high-speed IM-DD transmission systems

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Chinese Optics Letters 2024年第5期22卷 36-40页

作者：周家豪张静赵雪王芮李劲江胡少华张倩武杨奇许渤邱昆 Key Laboratory of Optical Fiber Sensing and Communication University of Electronic Science and Technology of ChinaChengdu 611731China Key Laboratory of Specialty Fiber Optics and Optical Access Networks Shanghai UniversityShanghai 200444China School of Optical and Electronic Information Huazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074China

We propose a trellis-compressed maximum likelihood sequence estimation(TC-MLSE)-assisted sliding-block decision feedback equalizer(DFE)to suppress the error propagation resulting from the DFE in high-speed *** use an out-ofrange detector to detect the end of burst errors from the DFE and activate the optional TC-MLSE to correct burst *** conduct experiments to transmit a 201-Gbit/s PAM-8 *** results show that the proposed method achieves a bit error rate of 3.65×10^(-3),which is close to that of *** optional MLSE is only activated when needed and processes 11.4%of the total ***,the proposed method compresses the maximum length of burst errors from 19 to 5.

关键词： intensity modulation direct detection sliding-block decision feedback equalizer error propagation maximum likelihood sequence estimation out-of-range detector

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融合DWA和QPSO算法的USV动态局部路径规划算法

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计算机与数字工程 2024年第4期52卷 1082-1086,1136页

作者：仇坤李稳江苏科技大学电子信息学院镇江212003

针对无人水面艇(USV)在动态环境中的局部路径规划问题,传统的动态窗口法(DWA)把速度集合离散化处理求取最优速度,计算量大且速度分辨率对动态路径规划的影响大。基于此,论文提出了融合DWA和量子粒子群算法(QP-SO)的USV动态局部路径规划... 详细信息

针对无人水面艇(USV)在动态环境中的局部路径规划问题,传统的动态窗口法(DWA)把速度集合离散化处理求取最优速度,计算量大且速度分辨率对动态路径规划的影响大。基于此,论文提出了融合DWA和量子粒子群算法(QP-SO)的USV动态局部路径规划算法。首先论文在分析初始DWA的基础上,考虑国际海事规则和船舶机动性能等方面要求,建立融合避碰规则的动态窗口模型。然后在速度窗口中融入QPSO方法,将USV动态局部路径规划问题转化为多目标多约束优化问题。最后仿真验证了融合算法能够使USV在约束和规则下,获得最优的速度和航向,安全与目标船完成会遇,且运行效率更高。

关键词：无人水面艇动态环境动态窗口法量子粒子群规则

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