光电数字逻辑运算的光学逻辑元件及其逻辑运算方法技术

本申请涉及光学逻辑元件技术领域，特别涉及一种光电数字逻辑运算的光学逻辑元件及其逻辑运算方法，其中，该元件包括：驱动件，用于为光电集成件提供驱动，产生光电集成件能够识别的数字调制信息以及读取光电集成件输出的电信号；光电集成件，用于利用相干光信号搭载驱动件输入的数字调制信息，并在预设光学衍射神经网络中对相干光信号进行数字逻辑运算，得到运算结果，并将运算结果基于数字逻辑映射关系生成电信号，并利用驱动件读取电信号后输出运算结果。本申请实施例具有更高的单位能耗计算性能，可以重构、批量地设计不同的专用逻辑运算，运算规模大，调制速率高。调制速率高。调制速率高。

【技术实现步骤摘要】
光电数字逻辑运算的光学逻辑元件及其逻辑运算方法


[0001]本申请涉及光学逻辑元件
，特别涉及一种光电数字逻辑运算的光学逻辑元件及其逻辑运算方法。

技术介绍

[0002]在以数据驱动的新工业革命时代，算力是第一生产力，目前随着人工智能技术的发展，相应的人工智能算法变得越来越复杂。目前传统微纳电子芯片上的器件密度和尺寸已趋近物理极限，功耗和算力也面临瓶颈。光电计算充分利用光在算力和能耗上的双重优势，有潜力解决目前大规模计算所面临的算力和功耗瓶颈。光电智能芯片能够在智慧城市、智能交通、智能安防、云计算和数据中心以及国防等多个领域带来算力和规模性能三个数量级以上的提升。
[0003]光电数字逻辑运算芯片是实现光电智能计算的重要组件，目前有多种实现路径：光学数字逻辑门可以通过半导体光放大器、周期极化铌酸锂波导、电吸收调制器等非线性器件实现，但其单位计算能耗、噪声等性能尚不理想，且集成潜力有限；在集成光学计算方面，国际上的代表性工作主要包括基于硅光的光学干涉网络阵列实现矩阵数值计算、光学相变材料阵列实现存算一体构架等，类似工作实现了部分简单的光学计算，但目前的硅光方案存在参数规模低，模型构架较为简单等问题；基于空间光学的光电傅里叶域卷积神经网络实现了高通量的光学计算，但系统调制速率受限，误差难以校正。相关技术中缺少一种可以进行大规模运算、且调制速率高的逻辑运算器件，亟待解决。

技术实现思路

[0004]本申请提供一种光电数字逻辑运算的光学逻辑元件及其逻辑运算方法，通过人工智能方法实现高速的光电逻辑计算芯片，提供了一种运算规模大，调制速率高，且可以进行不同运算逻辑的逻辑元件。
[0005]本申请第一方面实施例提供一种光电数字逻辑运算的光学逻辑元件，包括以下：驱动件，用于为光电集成件提供驱动，产生所述光电集成件能够识别的数字调制信息以及读取所述光电集成件输出的电信号；所述光电集成件，用于利用相干光信号搭载所述驱动件输入的所述数字调制信息，并在预设光学衍射神经网络中对所述相干光信号进行数字逻辑运算，得到运算结果，并将所述运算结果基于数字逻辑映射关系生成电信号，并利用所述驱动件读取所述电信号后输出所述运算结果。
[0006]根据本申请的实施例，所述光电集成件包括：激光器，用于基于所述驱动件发送的第一驱动信号生成所述相干光信号；分光器件，用于将所述相干光信号分束成至少一束相干光信号；调制器组，用于将所述数字调制信息加载到所述至少一束相干光信号上，得到加载所述数字调制信息的相干光信号；微纳光学衍射线阵列，用于由阵列产生的所述预设光学衍射神经网络对所述相干光信号进行数字逻辑运算，输出所述运算结果；探测器阵列，用于根据所述运算结果生成所述电信号。
[0007]根据本申请的实施例，所述分光器件包括：波导，用于引导所述相干光信号；分束器，用于将引导的相干光信号进行分束。
[0008]根据本申请的实施例，所述微纳光学衍射线阵列的阵列结构由所述预设光学衍射神经网络对应的数字逻辑运算功能确定。
[0009]根据本申请的实施例，所述阵列结构通过衍射线数量、衍射线间的间距、每条衍射线的厚度、每条衍射线的宽度、每条衍射线的长度和由每条衍射线的厚度、宽度、长度的均方根粗糙度中的一项或多项进行调整。
[0010]根据本申请的实施例，所述驱动件包括：第一驱动子件，用于生成驱动所述激光器产生所述相干光信号的第一驱动信号；第二驱动子件，用于生成驱动所述调制器组加载所述数字调制信息的第二驱动信号；第三驱动子件，用于生成驱动所述探测器阵列产生所述电信号的第三驱动信号；读取子件，用于从所述探测器阵列中读取所述电信号，并基于所述电信号输出所述运算结果。
[0011]根据本申请的实施例，所述调制器组中调制器的数量为至少一个。
[0012]根据本申请的实施例，所述驱动件与所述光电集成件集成设置。
[0013]根据本申请的实施例，所述光电集成件加载所述数字调制信息的加载时序包括同步与异步。
[0014]本申请第二方面实施例提供一种光电数字逻辑运算方法，采用上述实施例中的光电数字逻辑运算的光学逻辑元件，包括以下步骤：确定所述数字调制信息；驱动所述数字调制信息加载至所述相干光信号，得到加载所述数字调制信息的相干光信号；在所述预设光学衍射神经网络中对所述相干光信号进行数字逻辑运算，得到所述运算结果，并将所述运算结果基于所述数字逻辑映射关系生成所述电信号，并根据所述电信号输出所述运算结果。
[0015]本申请实施例的光电数字逻辑运算的光学逻辑元件及其逻辑运算方法，通过驱动件确定数字调制信息，并驱动数字调制信息加载至光电集成件生成的相干光信号上，光电集成件利用预设光学衍射神经网络中对调制后的相干光信号进行数字逻辑运算，得到运算结果，并将运算结果基于数字逻辑映射关系生成电信号，并利用驱动件读取电信号后输出运算结果，从而实现混合集成的光电逻辑计算，具有更高的单位能耗计算性能（FLOPs/J），可以重构、批量地设计不同的专用逻辑运算，运算规模大，调制速率高。
[0016]本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
[0017]本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本申请实施例提供的一种光电数字逻辑运算的光学逻辑元件结构示意图；图2为根据本申请实施例提供的一种具体地光电数字逻辑运算的光学逻辑元件结构示意图；图3为根据本申请实施例提供的一种光电集成件的俯视结构示意图；
图4为根据本申请实施例提供的一种光电集成件的三维侧视结构示意图；图5为根据本申请实施例提供的另一种具体地光电数字逻辑运算的光学逻辑元件结构示意图；图6为根据本申请实施例提供的一种光电数字逻辑运算方法流程图。
[0018]附图标记：100
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驱动件，101
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第一驱动子件，102
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第二驱动子件，103
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第三驱动子件，104
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读取子件，200
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光电集成件，201
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激光器，202
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分光器件，203
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调制器组，204
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微纳光学衍射线阵列，205
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探测器阵列。
具体实施方式
[0019]下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
[0020]下面参考附图描述本申请实施例的光电数字逻辑运算的光学逻辑元件及其逻辑运算方法。针对上述
技术介绍
中心提到的缺少一种可以进行大规模运算、且调制速率高的逻辑运算器件的问题，本申请提供了一种光电数字逻辑运算的光学逻辑元件及其逻辑运算方法，通过驱动件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电数字逻辑运算的光学逻辑元件，其特征在于，包括：驱动件，用于为光电集成件提供驱动，产生所述光电集成件能够识别的数字调制信息以及读取所述光电集成件输出的电信号；所述光电集成件，用于利用相干光信号搭载所述驱动件输入的所述数字调制信息，并在预设光学衍射神经网络中对所述相干光信号进行数字逻辑运算，得到运算结果，并将所述运算结果基于数字逻辑映射关系生成电信号，并利用所述驱动件读取所述电信号后输出所述运算结果。2.根据权利要求1所述的光学逻辑元件，其特征在于，所述光电集成件包括：激光器，用于基于所述驱动件发送的第一驱动信号生成所述相干光信号；分光器件，用于将所述相干光信号分束成至少一束相干光信号；调制器组，用于将所述数字调制信息加载到所述至少一束相干光信号上，得到加载所述数字调制信息的相干光信号；微纳光学衍射线阵列，用于由阵列产生的所述预设光学衍射神经网络对所述相干光信号进行数字逻辑运算，输出所述运算结果；探测器阵列，用于根据所述运算结果生成所述电信号。3.根据权利要求2所述的光学逻辑元件，其特征在于，所述分光器件包括：波导，用于引导所述相干光信号；分束器，用于将引导的相干光信号进行分束。4.根据权利要求2所述的光学逻辑元件，其特征在于，所述微纳光学衍射线阵列的阵列结构由所述预设光学衍射神经网络对应的数字逻辑运算功能确定。5.根据权利要求4所述的光学逻辑元件，其特征在于，所述阵列结构通过衍射线数量、衍射线间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴琼海，郑纪元，邓辰辰，吴嘉敏，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：