端事件發(fā)生在許多可觀察的環(huán)境中。大自然是一個多產(chǎn)的來源：流浪洶涌的水浪高漲超過高潮，季風(fēng)雨，野火等。從氣候科學(xué)到光學(xué)，物理學(xué)家對極端事件的特征進(jìn)行了分類，將這一概念擴(kuò)展到各自的專業(yè)領(lǐng)域。例如，極端事件可能發(fā)生在電信數(shù)據(jù)流中。在跨洋系統(tǒng)中可能發(fā)生大量時(shí)空波動的光纖通信中，突然的電涌是一種極端事件，必須加以抑制，因?yàn)樗赡軙淖兣c物理層相關(guān)的組件或干擾私人消息的傳輸。

最近，正如法國巴黎電信公司(TélécomParis)(法國)與美國加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)和德國達(dá)姆斯塔德大學(xué)(TU Darmstad)合作研究的那樣，在量子級聯(lián)激光器中觀察到了極端事件。表征這些極端事件的巨大脈沖可以促進(jìn)突然強(qiáng)大的突然爆發(fā)，這是大腦強(qiáng)大的計(jì)算能力所激發(fā)的神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)中進(jìn)行交流的必要條件?；诎l(fā)射中紅外光的量子級聯(lián)激光器(QCL)，研究人員開發(fā)了一種基本的光學(xué)神經(jīng)元系統(tǒng)，其運(yùn)行速度比生物神經(jīng)元快10,000倍。他們的報(bào)告發(fā)表在Advanced Photonics上。

巴黎電信研究人員，論文的第一作者Olivier Spitz指出，通過添加“脈沖激勵”(偏置電流會在短時(shí)間內(nèi)小幅度增加)，可以成功觸發(fā)QCL中的巨大脈沖。高級作者弗雷德里克·格里洛特(FrédéricGrillot)，巴黎電信公司和新墨西哥大學(xué)的教授解釋說，這種觸發(fā)能力對于像光學(xué)神經(jīng)元樣系統(tǒng)之類的應(yīng)用至關(guān)重要，這類系統(tǒng)需要響應(yīng)于擾動而觸發(fā)光學(xué)脈沖串。

該小組的光學(xué)神經(jīng)元系統(tǒng)演示了類似于在生物神經(jīng)元中觀察到的行為，例如閾值化，階段性尖峰和強(qiáng)直性尖峰。調(diào)制和頻率的微調(diào)允許控制尖峰之間的時(shí)間間隔。格里洛特解釋說：“神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)需要強(qiáng)大的，超閾值刺激，才能激發(fā)尖峰反應(yīng)，而相變和補(bǔ)品尖峰對應(yīng)于刺激到達(dá)后的單次或連續(xù)尖峰發(fā)射。” 為了復(fù)制各種生物學(xué)的神經(jīng)元反應(yīng)，還需要中斷與神經(jīng)元活動相對應(yīng)的規(guī)律的連續(xù)爆發(fā)。

量子級聯(lián)激光器

Grillot指出，他的團(tuán)隊(duì)報(bào)告的發(fā)現(xiàn)證明，與標(biāo)準(zhǔn)二極管激光器或VCSEL相比，量子級聯(lián)激光器的潛力越來越大，而對于標(biāo)準(zhǔn)二極管激光器或VCSEL，目前需要更復(fù)雜的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)神經(jīng)形態(tài)特性。

1994年首次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)證明，量子級聯(lián)激光器最初是為在低溫下使用而開發(fā)的。它們的發(fā)展迅速，可以在較高的溫度下使用，甚至可以在室溫下使用。由于它們可以達(dá)到的大量波長(3至300微米)，QCL有助于許多工業(yè)應(yīng)用，例如光譜，光學(xué)對策和自由空間通信。

根據(jù)Grillot的說法，QCL中涉及的物理學(xué)與二極管激光器中的物理學(xué)完全不同。格洛特說：“量子級聯(lián)激光器優(yōu)于二極管激光器的優(yōu)勢在于，其導(dǎo)帶狀態(tài)(子帶)之間的亞皮秒級電子躍遷和載流子壽命遠(yuǎn)短于光子壽命。” 他指出，QCL在光反饋下表現(xiàn)出完全不同的發(fā)光行為，包括但不限于大脈沖出現(xiàn)，激光對調(diào)制的響應(yīng)以及頻率梳的動力學(xué)。