[发明专利]用于光学神经网络的光学模拟矩阵乘法器

权利要求书

1.一种用于光学神经网络ONN的装置，包括：

所述ONN的至少一层，所述至少一层包括：

在半导体衬底中提供的光学矩阵乘法器，用以接收多个光学信号输入并且将所述多个光学信号输入线性地变换为多个光学信号输出，其中所述光学矩阵乘法器包括一个或多个2×2幺正光学矩阵，所述2×2幺正光学矩阵在光学上互连以实现矩阵的奇异值分解SVD；以及

与所述半导体衬底中的所述光学矩阵乘法器耦合的非线性光学器件，用以接收所述光学信号输出并且提供光学输出，该光学输出是响应于所述光学矩阵乘法器的所述光学信号输出达到饱和而以非线性方式生成的。

2.如权利要求1所述的装置，还包括：

在所述半导体衬底中提供的光源的阵列，用以生成光信号的阵列；以及

与所述半导体衬底中的所述光源的阵列耦合的多个光学调制器，用以将数据调制到所述光信号上以生成所述光学信号输入的阵列，以提供给所述光学矩阵乘法器。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个2×2幺正光学矩阵包括2×2光学耦合器，其中所述2×2光学耦合器包括以下之一：具有一个或多个移相器的2×2幺正定向光学耦合器、具有一个或多个移相器的2×2幺正绝热定向光学耦合器、或者具有一个或多个移相器的多模干涉MMI光学耦合器。

4.如权利要求2所述的装置，其中所述半导体衬底是单个半导体衬底，并且所述光源的阵列、所述多个光学调制器、以及所述光学矩阵乘法器被异构地集成在所述单个半导体衬底中。

5.如权利要求1-4中任一项所述的装置，其中包括在光学上互连以实现矩阵的奇异值分解SVD的一个或多个2×2幺正光学矩阵的所述光学矩阵乘法器包括：幺正矩阵U、对角矩阵∑、以及幺正矩阵V。

6.如权利要求5所述的装置，其中所述矩阵U是具有8个输入和8个输出的8×8矩阵，其中所述矩阵∑是8×8对角矩阵，其中所述矩阵V是8×8矩阵，并且其中所述ONN的所述至少一层包括至少三层。

7.如权利要求5所述的装置，其中所述光学矩阵乘法器提供向量乘以矩阵的乘法，其中所述矩阵V是具有8个输入和4个输出的8×4矩阵，其中所述矩阵∑是4×4对角矩阵，其中所述矩阵U是4×4矩阵，并且其中所述ONN的所述至少一层包括至少三层。

8.如权利要求1-4中任一项所述的装置，其中所述光学矩阵乘法器包括以下之一：

8×8、16×16、32×32或64×64矩阵，其中所述ONN的所述至少一层包括至少三层；

32×32×N或8×8×N，其中N是包括至少一层的所述ONN的层数；或者

128×128或256×256矩阵，其中所述ONN的所述至少一层包括一层。

9.如权利要求1-4中任一项所述的装置，还包括光电探测器的阵列，所述光电探测器被耦合来检测衰减的、饱和的或者放大的光学信号输出并且将放大的光学输出提供给模拟到数字转换ADC电路。

10.如权利要求1-4中任一项所述的装置，其中所述非线性光学器件提供以下所列项中的至少一者：所述光学输出的放大、饱和、整流、或者衰减。

11.一种光学神经网络ONN集成电路IC，包括：

半导体衬底中的光源的阵列，用以生成光信号的阵列；

与所述光源耦合的多个光学调制器，用以将数据调制到所述光信号的阵列上以生成多个光学信号输入；

在半导体衬底中提供的光学矩阵乘法器，用以将所述多个光学信号输入线性地变换为多个光学信号输出，其中所述光学矩阵乘法器包括一个或多个2×2幺正光学矩阵，所述2×2幺正光学矩阵在光学上互连以实现矩阵的奇异值分解SVD；以及

与所述半导体衬底中的所述光学幺正矩阵乘法器耦合的非线性光学器件，用以提供光学输出，该光学输出是响应于所述光学幺正矩阵乘法器的光学信号输出达到饱和或衰减而以非线性方式生成的。