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Lasers and Photonic Computing
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Prof. Dr. K. Lüdge
Zeit: Donnerstag 10:15
Raum: Online [Einteilung am 05.11.20, bei Interesse bitte eine Email an luedge(at)tu-berlin.de schicken, der Link zur Veranstaltung wird dann versendet]
Beginn: 05.11.2020
Das Seminar gibt Einblicke in die aktuelle Forschung der Arbeitsgruppe "Nichtlineare Laserdynamik“. Es ist für Studierende, die Interesse an einer Master- oder Bachelorarbeit in diesem Themenbereich haben, besonders zu empfehlen. Studierende, die einen Seminarschein erlangen wollen, sind bei uns herzlich willkommen.
In diesem Semester steht „Photonic Information Processing“ im Mittelpunkt. Die Vorträge behandeln die Konzepte von „Optical Neural Networks“ sowie des „Reservoir Computing“ und „Reinforcement Learning“. Die Grundidee dieser Zweige des maschinellen Lernens ist, dass prinzipiell jedes nichtlineare System mit ausreichend hoher Dimension zur Informationsverarbeitung verwendet werden kann. Besonderes Augenmerk liegt an dieser Stelle auf der Möglichkeit zur Hardware-Implementierung. Hierbei steht die Implementierung oben genannter Konzepte in nichtlinearen optischen Systemen und deren Bifurkationsstruktur im Vordergrund. Wir werden einige aktuelle Beispiele in diesem Seminar behandeln.
Der Besuch der Veranstaltung (mit Vortrag und Ausarbeitung) entspricht 5 ECTS Punkten.
Wer Interesse hat, kann bis zum 04.11.2020 eine E-Mail an luedge(at)tu-berlin.de schicken, ein Link zur Veranstaltung wird dann versendet.
Zeitlicher Ablauf
| Datum | Titel | Vortragender | Betreuer |
|---|---|---|---|
| 05.11 | Einführung | K. Lüdge | |
| 12.11. | Third Order Dispersion in Time-Delayed Systems [SCH19b] | T. Rattmann | |
| 19.11. | An Introduction to Delay-Coupled Reservoir Computing [SCH15i, ROE18a, ROE19, FER03] | D. Hering | |
| 26.11. | Phase incoherent photonic molecules in V-shaped mode-locked VECSELs [HAU20] | J. Hausen | |
| 03.12. | Reservoir Computing Using Multiple Lasers With Feedback on a Photonic Integrated Circuit [SUG20] | J. Heibach | FK |
| 10.12. | Fundamental aspects of noise in analog-hardware neural networks [SEM19] | T. Hülser | |
| 17.12. | Persistent Memory in Single Node Delay-Coupled Reservoir Computing [KOV16] | F. Köster | |
| 24.12. | Heiligabend | Feiertag | |
| 31.12. | Silvester | Feiertag | |
| 07.01. | Logic gates on stationary dissipative solitons [KOC19] | N. Jaitner | JH |
| 14.01. | Staircase Dynamics of a Photonic Microwave Oscillator Based on a Laser Diode with Delayed Optoelectronic Feedback [ISL20] | C. Rodriguez | |
| 21.01. | Richness of Deep Echo State Network Dynamics [GAL19, DAM12] | R. Kracht | |
| 28.01. | Network structure effects in reservoir computers [CAR19] | D. Hering | |
| 04.02. | Photon bursts at lasing onset and modelling issues in micro-VCSELs [WAN20a] | ||
| 11.02. | Soliton molecules for advanced optical telecommunications [MIT16, ROH12a, ROH13, HAU13] | ||
| 18.02. | Photonic neuromorphic information processing and reservoir computing [LUG20] | J. Baumgärtel | |
| 25.02. | Laser diodes with modulated optical injection: towards a simple signal processing unit? [DES20, ORT20, ORT17a, ORT19] | L. Jaurigue | |
| Offene Themen | Experimental realization of dual task processing with a photonic reservoir computer [VAT20a] |
Ansprechpartner
- Prof. Dr. Kathy Lüdge (KL)
- Felix Köster (FK)
- Jan Hausen (JH)
- Stefan Meinecke (SM)
Literatur zu den Vorträgen
| [SCH19b] |
C. Schelte, P. Camelin, M. Marconi, A. Garnache, G. Huyet, G. Beaudoin, I. Sagnes, M. Giudici, J. Javaloyes, S. V. Gurevich: Third Order Dispersion in Time-Delayed Systems Phys. Rev. Lett. 123, 043902 (2019) | |
| [SCH15i] |
H. Schumacher, H. Toutounji, G. Pipa: An Introduction to Delay-Coupled Reservoir Computing in Artificial Neural Networks, edited by Petia Koprinkova-Hristova, Valeri Mladenov, Nikola K. Kasabov (Springer International Publishing, Cham, 2015) | ||
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| [FER03] |
C. Fernando, S. Sojakka: Pattern Recognition in a Bucket in Advances in Artificial Life, ( 2003) | |
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| [ROE18a] |
A. Röhm, K. Lüdge: Multiplexed networks: reservoir computing with virtual and real nodes J. Phys. Commun. 2, 085007 (2018) | |
|
| [ROE19] |
A. Röhm, L. C. Jaurigue, K. Lüdge: Reservoir Computing Using Laser Networks IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 26, 7700108 (2019) | |
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| [HAU20] |
J. Hausen, S. Meinecke, J. Javaloyes, S. V. Gurevich, K. Lüdge: Phase-Incoherent Photonic Molecules in V-Shaped Mode-Locked Vertical-External-Cavity Surface-Emitting Semiconductor Lasers Phys. Rev. Appl. 14, (2020) | |
|
| [SUG20] |
C. Sugano, K. Kanno, A. Uchida: Reservoir Computing Using Multiple Lasers With Feedback on a Photonic Integrated Circuit IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 26, 1500409 (2020) | |
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| [SEM19] |
N. Semenova, X. Porte, L. Andr\'eoli, M. Jacquot, L. Larger, D. Brunner: Fundamental aspects of noise in analog-hardware neural networks Chaos 29, 103128 (2019) | |
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| [KOV16] |
A. D. Kovac, M. Koall, G. Pipa, H. Toutounji: Persistent Memory in Single Node Delay-Coupled Reservoir Computing PLoS ONE 11, 1 (2016) | |
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| [KOC19] |
B. A. Kochetov, I. Vasylieva, A. Butrym, V. R. Tuz: Logic gates on stationary dissipative solitons Phys. Rev. E 99, 052214 (2019) | |
|
| [ISL20] |
Md Shariful Islam, A. V. Kovalev, G. Coget, E. A. Viktorov, D. S. Citrin, A. Locquet: Staircase Dynamics of a Photonic Microwave Oscillator Based on a Laser Diode with Delayed Optoelectronic Feedback Phys. Rev. Appl. 13, 064038 (2020) | |
|
| [GAL19] |
I. Rojas, G. Joya, A. Catala (Editors): Richness of Deep Echo State Network Dynamics vol. 11506 of Lecture Notes in Computer Science (Springer Nature, Switzerland, 2019) | |
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| [DAM12] |
J. Dambre, D. Verstraeten, B. Schrauwen, S. Massar: Information processing capacity of dynamical systems Sci. Rep. 2, 514 (2012) | |
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| [DES20] |
R. Desmet, M. Virte: Laser diodes with modulated optical injection: towards a simple signal processing unit? J. Phys. Photonics 2, 025002 (2020) | |
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| [ORT20] |
S. Ort\'in, L. Pesquera: Delay-based reservoir computing: tackling performance degradation due to system response time Opt. Lett. 45, 905 (2020) | |
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| [ORT17a] |
S. Ort\'in, L. Pesquera: Reservoir Computing with an Ensemble of Time-Delay Reservoirs Cognitive Computation 9, 327 (2017) | |
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| [ORT19] |
S. Ort\'in, L. Pesquera: Tackling the Trade-Off Between Information Processing Capacity and Rate in Delay-Based Reservoir Computers Frontiers in Physics 7, 210 (2019) | |
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| [WAN20a] |
T. Wang, G. P. Puccioni, G. L. Lippi: Photon bursts at lasing onset and modelling issues in micro-VCSELs J. Mod. Opt. 67, 55 (2020) | |
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| [MIT16] |
F. Mitschke, A. Hause, C. Mahnke: Soliton molecules for advanced optical telecommunications Eur. Phys. J. Spec. Top. 225, 2453 (2016) | |
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| [ROH12a] |
P. Rohrmann, A. Hause, F. Mitschke: Solitons Beyond Binary: Possibility of Fibre-Optic Transmission of Two Bits per Clock Period Sci. Rep. 2, (2012) | |
|
| [ROH13] |
P. Rohrmann, A. Hause, F. Mitschke: Two-soliton and three-soliton molecules in optical fibers Phys. Rev. A 87, 043834 (2013) | |
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| [CAR19] |
T. L. Carroll, L. M. Pecora: Network structure effects in reservoir computers Chaos 29, 083130 (2019) | |
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| [HAU13] |
A. Hause, F. Mitschke: Higher-order equilibria of temporal soliton molecules in dispersion-managed fibers Phys. Rev. A 88, 063843 (2013) | |
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| [LUG20] |
A. Lugnan, A. Katumba, F. Laporte, M. Freiberger, S. Sackesyn, C. Ma, E. Gooskens, J. Dambre, P. Bienstman: Photonic neuromorphic information processing and reservoir computing APL Photonics 5, 020901 (2020) | |
|
| [VAT20a] |
J. Vatin, D. Rontani, M. Sciamanna: Experimental realization of dual task processing with a photonic reservoir computer APL Photonics 5, 086105 (2020) |