一种可变系数的微分方程光子计算求解系统技术方案

本发明专利技术公开了一种可变系数的微分方程光子计算求解系统，属于光子计算机技术领域。该系统包括微波光子级联调制器，输入光信号的探测，硅基微环谐振器芯片，封装方案，与求解后的信号探测。级联调制器生成时域高斯脉冲串，探测得到时域与频域的信号，输入到封装好的硅基微环谐振器中，进行微分方程的数值求解，根据探测的频域输出信号求解得到微分方程系数，探测的时域信号就是微分方程的数值解。本发明专利技术可以实现微分方程的快速求解，并且可以实现微分方程系数的调节，在系数可调节范围内数值解精度高。度高。度高。

【技术实现步骤摘要】
一种可变系数的微分方程光子计算求解系统


[0001]本专利技术涉及到光子计算机
，特别涉及一种可变系数的微分方程光子计算求解系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着基于CMOS的电子芯片的不断发展，电子芯片的尺寸已经接近物理极限，摩尔定律逐渐开始不再适用。而当今大数据，人工智能，5G时代的到来，对算力的要求越来越高，2019年，美国普林斯顿大学普鲁尼等人撰文指出人工智能大数据时代对算力的需求为每三个半月翻一番，远远超过摩尔定律所预测的算力供应量。科学界为解决算力问题寻求新的出路。利用光子计算的方法来代替传统电子芯片计算是目前被证实较为有效的方法解决摩尔定律困境算力不足问题的方法之一，也是解决功耗问题极具潜力的途径之一。
[0003]硅基光子器件集成芯片由于依托于成熟的半导体工艺体系，发展甚是迅猛，基于硅基集成的光子器件的光运算和信息处理技术是解决未来光域超高速计算和信息处理的主流方法，具有非常重要的应用与市场价值。在众多硅基集成光子器件结构中，硅基微谐振器不仅具有体积紧凑，结构灵活，易于大规模扩展的优势，还具有波长选择性，高品质因数和谐振场强增强效应等特点，因而在激光器、光滤波器、电光调制器、光开关、光延时线、光电探测器及传感器中具有非常广泛的应用。
[0004]微分方程被大科学家牛顿誉为描述自然法则的语言，其在自然科学以及工程学的建模和分析中具有非常广泛的应用，应用领域涵盖经典力学，电路理论，控制论，分子动力学，天气预报等诸多方面。对于微分方程的计算和求解是现代信号处理的重要内容。线性常系数微分作为最基本的微分方程，线性常系数微分方程(ODE)被广泛地应用于线性时不变系统(LTI)系统的数学建模和理论分析，是经典信号与系统理论的主要研究对象。用数字电子计算机解决微分方程问题需要很高的复杂度，算法和运算速度的提高一直有待解决。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种可变系数的微分方程光子计算求解系统。该系统效果良好、易于实现，超高计算速度，同时可以调节系数的光学微分方程的数值
[0006]为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：
[0007]一种可变系数的微分方程光子计算求解系统，包括依次串联的激光器、第一调制器、第二调制器、第一放大器、第一滤波器；所述第一调制器用于将光信号调制成时域的高斯函数；所述第二调制器用于用于实现脉冲切割，由射频源发出的10GHz的射频信号驱动；
[0008]所述第一滤波器的另一端连接3d耦合器的输入端口；所述3d耦合器的一个输出端口与第一示波器连接，另一个输出端口依次连接硅基微环调制器芯片、第二放大器、第二滤波器和第二示波器；所述第一示波器用于输入微分方程的时域激励，第二示波器用于输出微分方程的归一化的数值解，所述硅基微环调制器芯片用于对微分方程进行数值求解。
[0009]进一步的，所述硅基微环谐振器芯片包括两个平行的直波导；在两个直波导之间
还设有与其共面的跑道型微环谐振器；所述微环谐振器与直波导形成的夹角处均设有用于进行电压加热的电极；所述硅基微环谐振器的入射端为基于光栅的光纤阵列垂直耦合封装，电封装处连接电源，光封装输出端连接示波器。
[0010]进一步的，所述3d耦合器可替换为一分三分束器。
[0011]进一步的，所述一分三分束器的第一输出端和第二输出端分别和3d耦合器对应的两个输出端的连接相同；一分三分束器的第三输出端连接第三光谱仪。
[0012]进一步的，所述硅基微环谐振器芯片的光封装输出端连接分束器的输入端，分束器的两个输出端分别连接所述的第二示波器和第二光谱仪。
[0013]进一步的，在激光器和第一调制器之间、第一调制器和第二调制器之间以及3d耦合器和硅基微环谐振器芯片之间均设有偏振控制器。
[0014]本专利技术采取上述技术方案所产生的有益效果在于：
[0015]本专利技术构建了光子微分方程输入高斯脉冲串的产生模块，并探测输入光信号的时域与频域谱线，构建了硅基的微环谐振器微分方程数值求解系统，通过微环谐振器的参数与片上电极热调方式，并采用光纤阵垂直耦合光栅封装方式，电封装采用打线方式，根据输出的频域谱线，得到微分方程的系数，输出的时域谱线归一化后即为微分方程的归一化后的数值解。
附图说明
[0016]图1是本专利技术实施例的示意图。
[0017]图2是分插复用式硅基微环谐振器的示意图。
[0018]图3是为图1中硅基微环谐振器芯片的原理图。
[0019]图4是本专利技术实施例中微环调制器的耦合点温度与微分方程系数的关系图。
[0020]图5是仿真得到的级联调制器高斯脉冲图。
[0021]图6是仿真得到的高斯脉冲的微分方程求解仿真图。
[0022]图7是环形谐振器的基本结构图。
[0023]图8是分插式复用型微环谐振器。
具体实施方式
[0024]下面，结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的说明。
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]一种可变系数的微分方程光子计算求解系统，参照图1至图3，该系统包括：一个激光器，两个调制器，一个分束器，一个滤波器，一个放大器，一个示波器，一个光谱仪。硅基微环谐振器芯片，其中包括：直波导，两端光栅，电极，微环谐振器和芯片的光封装与电封装。最后安装示波器和光谱仪，用于求解微分方程系数与探测数值解。
[0027]激光器与两个调制器级联，放大器，滤波器，一分三分束器顺次连接，一分三分束器第一输出口接示波器，第二输出口接光谱仪，第三输出口接偏振调制器后连接封装好的硅基微环谐振器芯片，硅基微环谐振器芯片的电封装接多功能电源，光封装输出端接分束
器，再分别连接示波器与光谱仪。
[0028]硅基微环谐振器芯片为分叉复用式，并且为跑道型，入射端为基于光栅的光纤阵列垂直耦合封装，电封装用金丝打线的方式将电极引到PCB版上进行封装处理。
[0029]微分方程的系数由两个光谱仪测得的谱线求出，根据同一时刻对应的两个频率谱线，进行整个微环谐振器的传递函数的频率分析，根据得到的传递函数，得到其微环谐振器求解的一常系数微分方程的系数的值。
[0030]输入硅基微环谐振器芯片前的示波器的示数为输入的微分方程的时域激励，输出的示波器的示数归一化之后为输出的微分方程的归一化的数值解。
[0031]硅基微环谐振器芯片需要一根对准波导用于封装时的波导对准，调节六位调节架，并且调节输端前的偏振控制器进行偏振的调节，对准之后进行点胶，封装光纤阵列。
[0032]下面为具体的实现步骤：
[0033]步骤1：按照上述搭建可变系数的微分方程光子计算求解系统。
[0034]步骤2：调节调制器输入的PPG与射频信号，将输出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可变系数的微分方程光子计算求解系统，其特征在于，包括依次串联的激光器、第一调制器、第二调制器、第一放大器、第一滤波器；所述第一调制器用于将光信号调制成时域的高斯函数；所述第二调制器用于用于实现脉冲切割，由射频源发出的10GHz的射频信号驱动；所述第一滤波器的另一端连接3d耦合器的输入端口；所述3d耦合器的一个输出端口与第一示波器连接，另一个输出端口依次连接硅基微环调制器芯片、第二放大器、第二滤波器和第二示波器；所述第一示波器用于输入微分方程的时域激励，第二示波器用于输出微分方程的归一化的数值解，所述硅基微环调制器芯片用于对微分方程进行数值求解。2.根据权利要求1所述的一种可变系数的微分方程光子计算求解系统，其特征在于，所述硅基微环谐振器芯片包括两个平行的直波导；在两个直波导之间还设有与其共面的跑道型微环谐振器；所述微环谐振器与直波导形成的夹角处均设有用于进行电压加热的电极；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，梁晓东，李少波，刘彦丹，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：