[发明专利]光子信号处理

说明书

用于信号的光学处理的装置包括光学采样器、光学神经网络和相移控制器。光学采样器通过对连续的光信号进行采样来获得并行光学样本。光学神经网络对并行光学样本进行光学处理并且提供通过该处理而产生的最终输出光信号。光学神经网络包括互相连接的光学神经元。光学神经元中的每一个输入多个光信号并输出作为输入的光信号的加权和的光信号。通过在求和之前对输入的光信号进行相移来建立加权。相移控制器控制相移，以便获得关于输入的光信号的所需加权。

背景技术

在本公开内容的一些实施方式中，本公开内容涉及光通信，更具体地但非排他地涉及处理光信号。

光信号在非常高的速率——通常高于100千兆波特、GBauds——下在光导介质上被传输，并且经常使用高阶调制，从而在一个波长载波上产生每秒太比特级别的集成比特率。光信号在通过光导介质传输之后也会失真和衰减。

恢复以如此高的速率携载且利用高阶调制的数据需要大量的处理。当前，光信号被转换到电子数字域，然后由数字信号处理器(digital signal processor，DSP)进行处理。然而，DSP处理所需的操作速度和电子采样率难以达到并且具有高功耗。当前的DSP处理被限制为每秒200千兆样本，其中带宽被限制在35GHz至40GHz左右并且功耗大于20瓦。

数据中心中的传输和连接(例如，内部连接或数据中心联网(data-centernetworking，DCN))和数据中心间的互连需要超高容量链路和超快速处理。对于使用强度调制和直接检测进行8阶的脉冲幅度调制或甚至更高的PAM-8(Pulse AmplitudeModulation-8)或者使用相干传输和接收技术对信号进行正交幅度调制(quadratureamplitude modulation，QAM)，这样的系统可以例如以100GBauds的速度或以可能达到400千兆比特/秒的比特率运行。

对于具有强度调制和直接检测系统的光通信链路，DSP不能提供高质量的处理。因此，当前基于DSP的处理对超高容量网络提出了明显的限制。

发明内容

本公开内容的目的是提供用于在光域中执行信号处理的装置、系统、计算机程序产品和方法。

在本公开内容的一些实施方式中，光信号由光学采样器进行采样。光学样本由包括光学神经元的层的光学神经网络(optical neural network，ONN)处理。ONN经由光学移相器使光学样本从一层传递到另一层，利用衰减/增益系数可变的光学路径对光学神经元的互相连接进行加权。通过控制光学样本行进经过的移相器(即，通过修改ONN的层之间的互相连接的加权系数)来执行ONN的反馈和控制，使得实现光学收敛。光学逻辑决策电路系统检测离开ONN的光信号的逻辑状态。

在训练阶段期间，ONN被训练以获得并行光学样本收敛到期望的训练状态。训练达到ONN层之间的互相连接的加权系数的程度，以达到收敛到作为目标的目标。训练阶段在实时处理之前被执行。

可选地，如在下面更详细地描述的，可以通过针对每个功能不同地控制移相器来将相同的ONN重新配置成用于光子域中的不同处理功能。

在光域中处理信号提供以下益处：以简单且有效的方式处理在光传输期间使用的超高数据速率信号。

前述和其他目的通过独立权利要求的特征来实现。根据从属权利要求、说明书和附图，其他实现形式是明显的。