对光计算器件进行调控的方法和光计算器件技术

本申请公开了对光计算器件进行调控的方法和光计算器件，包括：S100：提供平板波导，平板波导包括至少一个子波导，子波导包括多个间隔排布的第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽为衍射槽内部未填充相变材料，第二凹槽为可调控衍射槽内部填充所述相变材料；S200：向平板波导输入光信号，光信号在相邻所述凹槽之间传播，并记录平板波导的输出值；S300：计算预设值与输出值之间的差值，当差值大于标准值时，执行S400；S400：利用调控装置对第二凹槽中的相变材料的晶体状态进行调控；S500：重复执行S200和S300，直至所述差值不大于所述标准值。由此可以提供可编辑、可重构的神经网络，进而获得具有宽谱范围的光计算器件。具有宽谱范围的光计算器件。具有宽谱范围的光计算器件。

【技术实现步骤摘要】
对光计算器件进行调控的方法和光计算器件


[0001]本专利技术涉及光子器件领域，具体地，涉及一种对光计算器件进行调控的方法和光计算器件。

技术介绍

[0002]随着大数据、云计算、人工智能的快速发展，人工智能算法模型复杂度急剧增加，传统以电子芯片为运算载体的架构已经无法满足算法模型对算力和能效的要求，由于光在介质中的传播具有高速、高并行、高带宽、低功耗等天然优势，以光在介质中的受限传播进行计算近年来备受国内外高度关注，其中“结构即功能，传播即计算”的计算范式是近年人们构建人工神经网络的研究热点。但是，目前的光计算器件存在一旦制作完成，其性能固定不变，没有调控空间的问题；即使在少数可调控的光计算器件中，受器件的制备方法、材料的选择等因素制约，器件的调制手段单一，也不利于光计算器件的集成应用。
[0003]因此，目前的对光计算器件进行调控的方法和光计算器件仍有待改进。

技术实现思路

[0004]本申请中是基于专利技术人对以下问题的发现而做出的：专利技术人发现，光计算器件对于制备的精密度要求极高，当在加工制备过程中存在加工误差时，将导致对光计算器件进行调控的过程中神经网络参数在探测器上映射的结果与预设值有误差，需要光计算器件具有可重构功能才能实现网络参数的微调和再校正；以及如果光计算器件不具备可编程能力，光计算器件中的网络参数被固定，对光计算器件进行调控在探测器上映射的结果只能完成唯一的专用计算，大大限制了光计算器件的应用场景的灵活性和多样性，这就需要采取新的方法得到可编程、可重构的光神经网络进而获得具有宽谱范围光计算器件。
[0005]本申请旨在至少一定程度上缓解或解决上述提及问题中至少一个。
[0006]在本申请的一个方面，本申请提出了一种对光计算器件进行调控的方法，包括S100：提供平板波导，所述平板波导包括相对设置的主表面以及环绕所述主表面的多个端面，所述平板波导包括至少一个子波导，所述子波导包括多个间隔排布的凹槽，所述凹槽包括第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽为衍射槽，所述第一凹槽内未填充相变材料；所述第二凹槽为可调控衍射槽，所述第二凹槽内填充所述相变材料；S200：向所述平板波导输入光信号，所述光信号在相邻所述凹槽之间传播，并记录所述平板波导的输出值；S300：计算预设值与所述输出值之间的差值，当所述差值大于标准值时，执行S400；S400：利用调控装置对所述第二凹槽中的所述相变材料的晶体状态进行调控；S500：重复执行所述S200和所述S300，直至所述差值不大于所述标准值。
[0007]根据本专利技术的实施例，所述第一凹槽和所述第二凹槽平行设置。
[0008]根据本专利技术的实施例，所述输出值为光场强度输出值，所述预设值为光场强度预设值，所述计算所述输出值与所述预设值之间的所述差值进一步包括：用所述光场强度预
设值减去所述光场强度输出值得到所述差值。
[0009]根据本专利技术的实施例，所述标准值为所述光场强度预设值乘以百分之一。
[0010]根据本专利技术的实施例，所述平板波导的厚度为190
‑
240nm，所述第一凹槽和所述第二凹槽的深度不大于所述平板波导的厚度。
[0011]根据本专利技术的实施例，所述相变材料包括硫化锑、硒化锑、锗碲硫、锗锑碲、锗砷硫和锗碲硒中的至少之一。
[0012]根据本专利技术的实施例，所述输入光信号满足以下条件的至少之一：所述光信号的输入角度与垂直于所述平板波导的所述主表面的方向之间具有夹角，所述夹角为0
‑8°
；所述光信号的输入方向垂直于所述平板波导的所述端面。
[0013]根据本专利技术的实施例，所述调控装置垂设于所述平板波导具有所述第二凹槽的一侧的所述主表面。
[0014]根据本专利技术的实施例，所述调控装置包括光脉冲调控单元和电脉冲调控单元中的至少之一。
[0015]在本专利技术的另一个方面，本专利技术提供了一种光计算器件，所述光计算器件的光场采用前述的对光计算器件进行调控的方法调控得到。
[0016]总体而言，通过本专利技术的技术方案，对光计算器件进行调控的方法和光计算器件可以具有但不限于以下有益效果：（1）相变材料自身具有从可见光到太赫兹极宽波段范围内介电常数可调的独特优势，以及可通过外界多种激励（光、电）诱导相变发生变化的特点。这可使，光计算器件原本静态的结构实现大范围的动态调节。除此之外，相变材料的相变过程具有可逆、可反复的特性，即通过反复施加不同的相变条件，使得相材料的相变在晶态和非晶态之间来回切换，从而使得对光计算器件进行调控具有反复多次调节的能力。
[0017]（2）相变材料是通过填充在平板波导刻蚀的凹槽中，而非直接在平板波导上沉积相变材料薄膜，通过这种方法，可以实现对光计算器件的调控，从而产生特定的调控结果，即解决了光计算器件在探测单元上映射的结果只能完成唯一的专用计算的问题，得到可编程、可重构的光神经网络进而获得具有宽谱范围光计算器件。
[0018]（3）在光平板波导结构中刻蚀凹槽，将相变材料填充在凹槽里，使得对光计算期间的调控结果呈多样性，实现了小尺寸的可调节器件。
附图说明
[0019]图1是根据本专利技术实施例的对光计算器件调控的方法流程图；图2是根据本专利技术一个实施例的基于相变材料的光计算器件示意图；图3是根据本专利技术一个实施例的第二凹槽中相变材料示意图；图4是根据本专利技术一个实施例的基于相变材料的光计算器件示意图。
[0020]附图标记：平板波导：10；探测单元：20；调控装置：30；子波导：40；第一凹槽：41；第二凹槽：42；信号光源装置：50；相变材料：110。
具体实施方式
[0021]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，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
[0022]在本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种对光计算器件进行调控的方法，根据本专利技术的实施例，参考图1和图4，该方法包括：S100:提供平板波导，平板波导包括相对设置的主表面以及环绕主表面的多个端面，平板波导包括至少一个子波导40，子波导40包括多个间隔排布的凹槽，凹槽包括第一凹槽41和第二凹槽42，第一凹槽41为衍射槽，第一凹槽41内未填充相变材料；第二凹槽42为可调控衍射槽，第二凹槽42内填充所述相变材料。在该步骤中，参考图2和图3，在平板波导10上刻蚀第一凹槽41和第二凹槽42，其中第一凹槽41不填充相变材料，第二凹槽42填充相变材料110，由此，相变材料110是填充在平板波导刻蚀的凹槽中，可以实现对光计算器件的局部区域进行调控。
[0023]根据本专利技术的一些实施例，第一凹槽和第二凹槽位置的设置不受特别限制，例如，参考图2，第一凹槽41和第二凹槽42可以为平行设置，当第一凹槽和第二凹槽平行设置时，向平板波导输入光信号，光信号可以同时通过第一凹槽和第二凹槽传播至探测单元。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对光计算器件进行调控的方法，其特征在于，包括：S100：提供平板波导，所述平板波导包括相对设置的主表面以及环绕所述主表面的多个端面，所述平板波导包括至少一个子波导，所述子波导包括多个间隔排布的凹槽，所述凹槽包括第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽为衍射槽，所述第一凹槽内未填充相变材料；所述第二凹槽为可调控衍射槽，所述第二凹槽内填充所述相变材料；S200：向所述平板波导输入光信号，所述光信号在相邻所述凹槽之间传播，并记录所述平板波导的输出值；S300：计算预设值与所述输出值之间的差值，当所述差值大于标准值时，执行S400；S400：利用调控装置对所述第二凹槽中的所述相变材料的晶体状态进行调控；S500：重复执行所述S200和所述S300，直至所述差值不大于所述标准值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一凹槽和所述第二凹槽平行设置。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输出值为光场强度输出值，所述预设值为光场强度预设值，所述计算所述输出值与所述预设值之间的所述差值进一步包括：用所述光场强度预设值减去所述光场强度输出值得到所述差值。4...

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