本发明专利技术涉及一种单片集成的光学矩阵-向量乘法器，其特征在于：它包括一硅基，硅基上集成有一多波长光源模块、一波长可选择调制模块、一功率分束模块、一微环调制器矩阵模块和一探测器阵列模块；多波长光源模块输出具有n+1个不同波长的多波长光信号到波长可选择调制模块，波长可选择调制模块对多波长光信号中的每一波长光信号进行选择性调制后发送到功率分束模块，功率分束模块对多波长光信号进行1：m等功率分束，并将分束后的多波长光信号发送到微环调制器矩阵模块，微环调制器矩阵模块对m路多波长光信号进行处理，并将处理结果发送到探测器阵列模块，探测器阵列模块对输出的光信号进行探测。本发明专利技术可以广泛应用于海量数据处理过程中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及ー种光学海量数据运算系统，特别是关于一种单片集成的光学矩阵-向量乘法器。
技术介绍
随着信息技术的发展，在密码破译、视频监控、DNA信息分析与新药研制、光电对抗和气候监控等涉及国计民生的领域随时需要对海量数据进行处理。由于数据容量、实时性等要求，海量数据处理通常采用分布式处理方式和并行处理方式，分布式处理方式最終受限于硬件的处理能力，并行处理方式基于电学数字信号处理器实现，然而，集成电路线宽的进ー步减小受量子隧穿效应和功耗的限制，使得电子学海量数据处理性能难以大幅度提高。因此，电子学海量数据并行处理方式将很难满足爆炸式增长的海量数据处理要求。光子学数据处理方式给海量数据处理性能的大幅度提高提供了可能性，数字信 号处理的大多数方法最終都牵涉矩阵运算，由于光信号高带宽、可并行处理的特性，恰好满足矩阵运算的要求，传统光学矩阵运算如Stanford乘法器(J. ff. Goodman, A. Dias, andL. Woody, Fully parallel, high-speed incoherent optical method for periormingdiscrete Fourier transforms. Optics letters, 1978. 2 (I) :p. 1-3.)这种乘法器虽然可以提高运算速度，但是需要通过透镜等体光学元件实现，结构复杂、尺寸大，而且价格昂贵。近几年来，硅基微纳光子学的快速发展为实现单片集成光学矩阵-向量乘法器提供了可能，现有技术硅基上多波长光源与光信息的加载一般通过调制多个分立的半导体激光器实现，然后再将各个波长的光信号通过WDM (波分复用器)合到同一个波导中，上述过程需要较多的器件来完成，结构复杂、功耗较大、散热困难，因此需要发展ー种紧凑的多波长光源并进行波长可选择调制得到结构更为简单的单片集成矩阵-向量乘法器将对海量数据处理具有重大的意义。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供ー种结构简单、功耗与造价低且可扩展性好的单片集成的光学矩阵-向量乘法器。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案一种单片集成的光学矩阵-向量乘法器，其特征在于它包括一娃基，所述娃基上集成一多波长光源模块、一波长可选择调制模块、一功率分束模块、一微环调制器矩阵模块和ー探测器阵列模块；所述多波长光源模块输出具有n+1个不同波长的多波长光信号到所述波长可选择调制模块，所述波长可选择调制模块对多波长光信号中的每一波长光信号进行选择性调制后发送到所述功率分束模块，所述功率分束模块对多波长光信号进行I :m等功率分束，并将分束后的多波长光信号发送到所述微环调制器矩阵模块，所述微环调制器矩阵模块对m路多波长光信号进行处理，并将处理结果发送到所述探测器阵列模块，所述探测器阵列模块对输出的每一路光信号进行探測。所述多波长光源模块包括一半导体激光器、一高Q值微环和一与所述高Q值微环耦合的直波导；所述半导体激光器发射某一波长的泵浦光经所述直波导耦合进入所述高Q值微环，泵浦光在所述高Q值微环中通过级联四波混频效应产生n+1个频率边带，得到具有n+1个不同波长的多波长光信号后，重新耦合进入所述直波导并将多波长光信号发送到所述波长可选择调制模块。所述波长可选择调制模块包括n+1个依次并排的硅微环、n+1个设置在每一所述娃微环上方的微加热器和一与n+1个所述娃微环稱合的直波导；n+l个所述娃微环的谐振频率与多波长信号的各频率一一对应，所述多波长光信号从所述直波导耦合依次进入每一所述硅微环，根据所需要的输入向量b对每一所述硅微环分别进行控制当所述硅微环两端不加电压时，所述硅微环的谐振频率与相应频率的光信号相匹配，经所述硅微环后输出的光信号较弱，当所述硅微环两端外加电压时，所述硅微环的谐振频率将产生红移与相应频率的光信号形成失配，经所述硅微环后输出的相应频率的光信号较强，依次对每一所述硅微环进行控制实现对每一波长光信号的选择性调制。 所述功率分束模块包括一分束器，所述分束器对接收的多波长光信号分束成m路等功率信号。所述微环调制器矩阵模块包括ー个m*n硅微环阵列和m个分别与每一行所述硅微环率禹合的直波导，姆一所述娃微环上方设置ー用于调节其直径大小的微加热器；姆一列所述娃微环具有相同的直径，姆一行所述娃微环与等功率分束后的多波长光信号中的η个波长的频率对应，等功率的m路多波长光信号同时发送到第一列的各个所述娃微环中，并依次通过每一行的各所述硅微环，根据所需要的输入矩阵a，对每一所述硅微环分别进行控制。所述探测器阵列模块包括一列m个相同的Ge-Si探測器，每一所述Ge-Si探測器分别接收所述微环调制器矩阵模块输出的多波长光信号，并将其分别进行光电转换后输出。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本专利技术包括ー硅基，硅基上集成有多波长光源模块、波长可选择调制模块、功率分束模块、微环调制器矩阵模块和探測器阵列模块，多波长光源模块通过ー个半导体激光器发出某一波长的光信号并通过高Q值微环的级联四波混频效应产生多波长光信号，波长可选择调制模块采用不同半径的硅微环对多波长光信号进行波长可选择调制后直接将多波长光信号发送到后续模块分别进行处理，现有技术是采用多个分立的半导体激光器输出多波长光信号，并采用多个Mach-Zender干涉仪对各个半导体激光器输出光分别进行调制，且还得将不同波长光信号合成一路后才能进行后续处理，因此与现有技术相比本专利技术结构简单，不仅可以极大地減少半导体激光器的数量和所需要的器件数，而且极大地降低硅基尺寸，也降低整个光学矩阵-向量乘法器的功耗与造价。2、本专利技术可以根据实际处理数据的需要，通过控制半导体激光器的泵浦功率和波长通过高Q值微环得到具有n+1个波长的多波长光信号，且对波长可选择调制模块、功率分束模块、微环调制器矩阵模块和探测器阵列模块进行相应的扩展，因此本专利技术具有较好的可扩展性。本专利技术可以广泛应用于海量数据处理过程中。附图说明图I是本专利技术的结构示意2是本专利技术的硅微环和与其耦合的直波导结构示意图具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。矩阵-向量乘法原理是实现一个输入向量b和ー个输入矩阵a之间的乘法运算，并得出输出向量C，具体计算公式为权利要求1.一种单片集成的光学矩阵-向量乘法器，其特征在于它包括一硅基，所述硅基上集成一多波长光源模块、一波长可选择调制模块、一功率分束模块、一微环调制器矩阵模块和一探测器阵列模块；所述多波长光源模块输出具有n+1个不同波长的多波长光信号到所述波长可选择调制模块，所述波长 可选择调制模块对多波长光信号中的姆一波长光信号进行选择性调制后发送到所述功率分束模块，所述功率分束模块对多波长光信号进行I :m等功率分束，并将分束后的多波长光信号发送到所述微环调制器矩阵模块，所述微环调制器矩阵模块对m路多波长光信号进行处理，并将处理结果发送到所述探测器阵列模块，所述探测器阵列模块对输出的每一路光信号进行探測。2.如权利要求I所述的ー种单片集成的光学矩阵-向量乘法器，其特征在于所述多波长光源模块包括一半导体激光器、一高Q值微环和一与所述高Q值微环稱合的直波导；所述半导体激光器发射某一波长的泵浦光经所述直波导耦合进入所述高Q值微环，泵浦光在所本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种单片集成的光学矩阵？向量乘法器，其特征在于：它包括一硅基，所述硅基上集成一多波长光源模块、一波长可选择调制模块、一功率分束模块、一微环调制器矩阵模块和一探测器阵列模块；所述多波长光源模块输出具有n+1个不同波长的多波长光信号到所述波长可选择调制模块，所述波长可选择调制模块对多波长光信号中的每一波长光信号进行选择性调制后发送到所述功率分束模块，所述功率分束模块对多波长光信号进行1：m等功率分束，并将分束后的多波长光信号发送到所述微环调制器矩阵模块，所述微环调制器矩阵模块对m路多波长光信号进行处理，并将处理结果发送到所述探测器阵列模块，所述探测器阵列模块对输出的每一路光信号进行探测。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：鲍成英，杨林，杨昌喜，
申请(专利权)人：清华大学，中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：
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