[发明专利]通用线性光计算模块及其控制方法

权利要求书

1.一种通用线性光模块，其特征在于，包括：第一波前相位调制装置、第二波前相位调制装置、小孔以及凸透镜；

所述第一波前相位调制装置与所述第二波前相位调制装置距离2倍焦距，所述焦距为所述凸透镜的焦距；

所述第一波前相位调制装置用于接收离散空间模式光组，并将所述离散空间模式光组分束为N个平行光束，得到乘运算离散光组，并将所述乘运算离散光组发射到所述第二波前相位调制装置；

所述第二波前相位调制装置用于接收所述乘运算离散光组，并将所述离散光组中的N个平行光束进行合束，得到合束光，并将所述合束光发射到所述小孔；

所述第二波前相位调制装置、所述小孔以及所述凸透镜依次距离1倍所述焦距设置；所述凸透镜用于将从所述小孔过来的合束光进行转换为平行光；

所述第一波前相位调制装置的第一衍射光栅是根据矩阵A_mn的傅立叶系数设置的；

所述第二波前相位调制装置的第二衍射光栅是根据矩阵B_mn的傅立叶系数设置的；

其中，当目标转换矩阵为T_mn时，则对所述目标转换矩阵进行Hadamard分解：T_mn＝A_mnB_mn，得到所述矩阵A_mn和所述矩阵B_mn；

所述第一波前相位调制装置的第n个用于分束的相位调制函数为：

所述第二波前相位调制装置的第m个用于合束的相位调制函数为：

其中，所述k_mn为横向波矢，k_mn＝k(R_n-R_m)/2f；

r为计算空间相位调制图案时使用的自变量，为矢量，表示空间光调制器上的二维坐标位置；

R_n为所述第一波前相位调制装置的第n个相位调制图案的中心坐标，为矢量，表示坐标位置；

R_m是所述第二波前相位调制装置的第m个相位调制图案的中心坐标，为矢量，表示坐标位置；

k＝λ/(2π)，λ是输入光的波长；

其中，所述离散空间模式光组是通过N个平行于光轴传播、处于不同空间位置的高斯光束定义的；每个高斯光束的自身的复振幅为输入向量的一个向量元，N为正整数。

2.根据权利要求1所述的通用线性光模块，其特征在于，所述离散空间模式光组中的N个光束沿圆环均匀分布或离散随机分布。

3.根据权利要求1所述的通用线性光模块，其特征在于，所述波前相位调制装置包括：空间光调制器、透射式超表面装置或3D打印的介质相位模板搭建的相位调制装置。

4.根据权利要求1所述的通用线性光模块，其特征在于，当所述第一波前相位调制装置和所述第二波前相位调制装置均处于透射式工作模式时，所述第一波前相位调制装置、所述第二波前相位调制装置、所述小孔以及所述凸透镜依次沿一条直线排列；

所述第一波前相位调制装置与第二波前相位调制装置之间距离2倍焦距；

所述第二波前相位调制装置与所述小孔之间距离1倍焦距；

所述小孔与所述凸透镜之间距离1倍焦距。

5.根据权利要求1所述的通用线性光模块，其特征在于，当所述第一波前相位调制装置和所述第二波前相位调制装置均处于反射式工作模式时，所述第一波前相位调制装置与所述第二波前相位调制装置呈直角排布，所述第一波前相位调制装置的中心位置与所述第二波前相位调制装置的第二中心位置距离2倍焦距；

所述第二波前相位调制装置、所述小孔以及所述凸透镜依次沿一条直线排列；所述第二波前相位调制装置与所述小孔之间距离1倍焦距；所述小孔与所述凸透镜之间距离1倍焦距。