TU Berlin

RG Nonlinear Laser DynamicsSeminar WS 20/21

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Lasers and Photonic Computing

Lupe

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
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.
Laser diodes with modulated optical injection: towards a simple signal processing unit? [DES20, ORT20, ORT17a, ORT19]
L. Jaurigue
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.
Experimental realization of dual task processing with a photonic reservoir computer [VAT20a]

Literatur zu den Vorträgen

DOI [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)
DOI [FER03] C. Fernando, S. Sojakka:
Pattern Recognition in a Bucket
in Advances in Artificial Life, ( 2003)
DOI [ROE18a] A. Röhm, K. Lüdge:
Multiplexed networks: reservoir computing with virtual and real nodes
J. Phys. Commun. 2, 085007 (2018)
DOI [ROE19] A. Röhm, L. C. Jaurigue, K. Lüdge:
Reservoir Computing Using Laser Networks
IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 26, 7700108 (2019)
DOI [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)
DOI [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)
DOI [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)
DOI [KOV16] A. D. Kovac, M. Koall, G. Pipa, H. Toutounji:
Persistent Memory in Single Node Delay-Coupled Reservoir Computing
PLoS ONE 11, 1 (2016)
DOI [KOC19] B. A. Kochetov, I. Vasylieva, A. Butrym, V. R. Tuz:
Logic gates on stationary dissipative solitons
Phys. Rev. E 99, 052214 (2019)
DOI [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)
DOI [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)
DOI [DAM12] J. Dambre, D. Verstraeten, B. Schrauwen, S. Massar:
Information processing capacity of dynamical systems
Sci. Rep. 2, 514 (2012)
DOI [DES20] R. Desmet, M. Virte:
Laser diodes with modulated optical injection: towards a simple signal processing unit?
J. Phys. Photonics 2, 025002 (2020)
DOI [ORT20] S. Ort\'in, L. Pesquera:
Delay-based reservoir computing: tackling performance degradation due to system response time
Opt. Lett. 45, 905 (2020)
DOI [ORT17a] S. Ort\'in, L. Pesquera:
Reservoir Computing with an Ensemble of Time-Delay Reservoirs
Cognitive Computation 9, 327 (2017)
DOI [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)
DOI [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)
DOI [MIT16] F. Mitschke, A. Hause, C. Mahnke:
Soliton molecules for advanced optical telecommunications
Eur. Phys. J. Spec. Top. 225, 2453 (2016)
DOI [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)
DOI [ROH13] P. Rohrmann, A. Hause, F. Mitschke:
Two-soliton and three-soliton molecules in optical fibers
Phys. Rev. A 87, 043834 (2013)
DOI [HAU13] A. Hause, F. Mitschke:
Higher-order equilibria of temporal soliton molecules in dispersion-managed fibers
Phys. Rev. A 88, 063843 (2013)
DOI [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)
DOI [VAT20a] J. Vatin, D. Rontani, M. Sciamanna:
Experimental realization of dual task processing with a photonic reservoir computer
APL Photonics 5, 086105 (2020)

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