[发明专利]通用线性光计算模块及其控制方法

说明书

本发明实施例提供的一种通用线性光计算模块及其控制方法，模块，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；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个平行光速进行合束，得到合束光；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，能够在矩阵增大时满足更高鲁棒性，更低系统复杂度，以及更慢的损耗增长趋势。

技术领域

本发明涉及光信号处理技术领域，尤其涉及一种通用线性光模块。

背景技术

光是承载信息的理想载体，全光信息处理具有高速、高带宽、低能耗等优势。通用光计算具有非常广阔的应用前景，也受到了工业界的广泛关注。通用光计算可以表示为以下数学形式β＝Tα，即复矩阵与输入向量的乘法。作为通用光计算，要求复矩阵中任何一个矩阵元都是任意可调的，而非只能实现单一功能的专用计算。

目前的主流通用光计算方案可以追溯到1994年Reck等人提出的原理架构。Reck方案利用大量级联的定向耦合器和可调相位延时器，组合成大规模矩阵乘法模块。Reck方案及其变种也是目前大规模通用光计算模块的方案。

由于Reck结构需要级联定向耦合器和可调相位延时器，通常对于N×N规模的矩阵运算模块，需要N²个级联的可调基本单元，因此随着矩阵维度提升，矩阵的实施复杂度急剧上升。另外，实际应用中，相位延迟期误差(来源包括热串扰、工艺误差等)不可避免。由于Reck结构的级联特性，导致每一级的相位误差会不断积累，因此Reck结构具有低鲁棒性。

矩阵模块的插入损耗也是重要指标。由于实际应用中，定向耦合器和可调相位延迟器必然具有插入损耗，所以Reck结构整体插入损耗(dB)随矩阵规模呈O(N)增长，当矩阵维度上升时，损耗(dB)将随之线性上升。

因此，如何提供一种通用光计算方案，能够时满足更高鲁棒性，更低系统复杂度，以及更慢的损耗增长趋势，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供一种通用线性光计算模块及其控制方法，能够时满足更高鲁棒性，更低系统复杂度，以及更慢的损耗增长趋势。

本发明实施例提供一种通用线性光模块，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；

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。

进一步地，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。

进一步地，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；