[发明专利]一种基于多波长光源的矩阵向量乘法器及其运算方法

说明书

本发明提供一种基于多波长光源的矩阵向量乘法器及其运算方法，解决现有矩阵向量乘法器结构不易实现的问题。该矩阵向量乘法器包括依次设置的多波长光源、光调制器、延迟色散元件、功率分束器、波长解复用器阵列、可调光衰减器阵列、波长复用器阵列和探测器阵列；波长解复用器阵列包括N个波长解复用器；可调光衰减器阵列包括N×N个可调光衰减器；波长复用器阵列包括N个波长复用器；探测器阵列包括N个探测器。与传统光子计算相比，本发明所提出的矩阵向量乘法器具有高性能、高可实现性、易于集成等优势。

技术领域

本发明涉及光信息技术领域，具体涉及一种基于多波长光源的矩阵向量乘法器及其运算方法。

背景技术

计算技术是现代信息技术的核心，传统电子计算方法具有高能耗、低效率、低并行性的缺点，而光子计算技术可以克服上述缺点。矩阵-向量乘法是光子计算的一个重要分支。对于人工智能等应用，矩阵向量乘法占总运算量的90%以上。在这一类应用中，通常向量中元素的变化较快，在光子计算中需要采用高速调制器实现矩阵元素信息的加载，而矩阵元素相对固定，可以使用速度较低的可调光衰减器等实现。对于N个元素的向量乘以N×N个矩阵的运算，传统的技术需要N个高速调制器，由于计算的苛刻要求，N个高速调制器必须在时间上严格保持同步，同时需要保持调制的严格一致性，这极大地降低了硬件的可实现性，规模越大、速度越高，则越难实现。

发明内容

本发明的目的是解决现有矩阵向量乘法器结构不易实现的问题，提供一种基于多波长光源的矩阵向量乘法器及其运算方法，与传统光子计算相比，本发明所提出的矩阵向量乘法器具有高性能、高可实现性、易于集成等优势。

为实现以上发明目的，本发明的技术方案为：

一种基于多波长光源的矩阵向量乘法器，包括依次设置的多波长光源、光调制器、延迟色散元件、功率分束器、波长解复用器阵列、可调光衰减器阵列、波长复用器阵列和探测器阵列；所述功率分束器设置有一个输入口、N个输出口；波长解复用器阵列包括N个波长解复用器，每个波长解复用器设置有一个输入口、N个输出口；所述可调光衰减器阵列包括N×N个可调光衰减器；所述波长复用器阵列包括N个波长复用器，每个波长复用器设置有N个输入口、一个输出口；所述探测器阵列包括N个探测器；所述多波长光源的输出口与光调制器的输入口连接，所述光调制器的输出口与延迟色散元件的输入口连接，所述延迟色散元件的输出口与功率分束器的输入口连接，所述功率分束器的N个输出口与N个波长解复用器的输入口一一对应连接，每个波长解复用器的N个输出口与N个可调光衰减器的输入口一一对应连接，N个可调光衰减器的输出口均与一个波长复用器的N个输入口一一对应连接，N个波长复用器的输出口与N个探测器的输入口一一对应连接；多波长光源发出具有N个等频率间隔的一组光束，光调制器对该光束进行调制，得到具有N个不同频率的一组光束；延迟色散元件对调制后的光束产生不同的延迟，功率分束器将延迟后的光束进行分束，得到N组光束，每组光束均包含N个频率，N组光束分别进入N个波长解复用器，任意一组光束中N个频率的光被解复用到不同的出口，从而产生N×N组只含有一种频率的光束，N×N组光束中，每组光束被一个可调光衰减器调制，加载不同的信息，经过可调光衰减器调制之后的N×N组光束中，每N组经过一个波长复用器合成一组光束，N×N组光束被合成N组光束，每组光束含有N个频率，N组光束分别进入N个光探测器，完成加法运算。

进一步地，所述多波长光源为多波长激光器阵列。

进一步地，所述多波长光源为光学频率梳。

进一步地，所述延迟色散元件为光纤。

进一步地，所述延迟色散元件为多点布拉格反射光栅。

同时，本发明提供一种基于多波长光源的矩阵向量乘法器的运算方法，包括以下步骤：

步骤一、多波长光源发出具有N个等频率间隔的一组光束，并对该光束以B的波特率进行调制，得到在不同时刻加载不同信息且具有N个不同频率的一组光束；