本公開(kāi)涉及一種用于使用光電路對(duì)復(fù)數(shù)進(jìn)行編碼和解碼以及執(zhí)行算術(shù)的方法和設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、與使用數(shù)字電子器件執(zhí)行數(shù)學(xué)運(yùn)算相比，光計(jì)算方法有望在消耗低得多的能量的同時(shí)以高得多的速度執(zhí)行類似運(yùn)算。然而，光計(jì)算系統(tǒng)通常被設(shè)計(jì)為僅與整數(shù)兼容，并且受到帶有現(xiàn)有硬件的數(shù)字接口的限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明在所附的獨(dú)立權(quán)利要求中限定。

2、本概述介紹了在具體實(shí)施方式中更詳細(xì)描述的概念。它不應(yīng)被用于標(biāo)識(shí)所要求保護(hù)的主題的必要特征，也不應(yīng)被用于限制所要求保護(hù)的主題的范圍。

3、本公開(kāi)涉及一種用于使用光子調(diào)制器在光域中編碼和解碼復(fù)元素(復(fù)數(shù)(complexnumber)或復(fù)數(shù)的分量)的方法和設(shè)備。

4、復(fù)元素的編碼和解碼允許對(duì)復(fù)數(shù)學(xué)數(shù)執(zhí)行光學(xué)算術(shù)運(yùn)算、光學(xué)傅里葉變換(optical?fourier?transform，oft)和卷積，其中復(fù)數(shù)學(xué)數(shù)是例如密碼學(xué)、人工智能和科學(xué)模擬的眾多計(jì)算密集型應(yīng)用的基礎(chǔ)。光子架構(gòu)自然地對(duì)多位信息進(jìn)行操作，并且不僅適合于硅光子學(xué)(silicon?photonics，siph)平臺(tái)，而且適合于iii-v半導(dǎo)體材料系統(tǒng)或兩者的任何集成。

5、本公開(kāi)提供了一種用于基于所接收的數(shù)字信號(hào)將復(fù)元素(復(fù)數(shù)或復(fù)數(shù)的分量)編碼到光上的編碼器。編碼器取得用復(fù)元素編碼的數(shù)字電子信號(hào)，并將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)分割成兩個(gè)或更多個(gè)部分。然后，通過(guò)單獨(dú)的控制器(或電路)饋送數(shù)據(jù)的各個(gè)部分。各個(gè)控制器然后控制光子器件(調(diào)制器)以將調(diào)制元素應(yīng)用于相同的光輸入信號(hào)(輸入光流)。各個(gè)調(diào)制元素可操作為將(從數(shù)字電子信號(hào)分割出的)復(fù)元素的相應(yīng)部分編碼到光信號(hào)上，使得編碼到數(shù)字電子信號(hào)上的整個(gè)復(fù)元素被編碼到光輸入信號(hào)上。換言之，承載定義復(fù)元素的信息的數(shù)字字(word)被分割成段(segment)，其中各個(gè)段用于控制單獨(dú)的調(diào)制器。調(diào)制器都作用于一個(gè)光輸入信號(hào)(或光流)以對(duì)復(fù)元素進(jìn)行編碼，從而產(chǎn)生編碼的光信號(hào)?？蛇x地，數(shù)字字段用于產(chǎn)生脈沖幅度調(diào)制(pamx或nrz)模擬電子信號(hào)。模擬電子信號(hào)的量化性質(zhì)允許編碼的更大保真度。

6、因此，提供了一種電子到光學(xué)編碼器，包括：第一調(diào)制器；第二調(diào)制器；第一控制器，其被配置為接收第一數(shù)字電子信號(hào)；以及第二控制器，其被配置為接收第二數(shù)字電子信號(hào)。第一數(shù)字電子信號(hào)的第一值和第二數(shù)字電子信號(hào)的第二值兩者均基于第一復(fù)元素。第一控制器被配置為控制第一調(diào)制器基于第一值將第一調(diào)制元素應(yīng)用于光輸入信號(hào)。第二控制器被配置為控制第二調(diào)制器基于第二值將第二調(diào)制元素應(yīng)用于光輸入信號(hào)。第一調(diào)制元素和第二調(diào)制元素一起可操作為將第一復(fù)元素編碼到光輸入信號(hào)上以產(chǎn)生編碼的光信號(hào)。

7、可選地，第一調(diào)制元素是幅度調(diào)制，并且第二調(diào)制元素是相位調(diào)制。

8、可選地，第一復(fù)元素是第一復(fù)數(shù)的第一分量，第一數(shù)字電子信號(hào)的第一值基于第一復(fù)數(shù)的第一分量的絕對(duì)值，第二數(shù)字電子信號(hào)的第二值基于第一復(fù)數(shù)的第一分量的符號(hào)，第一調(diào)制器是第一強(qiáng)度調(diào)制器，并且第一調(diào)制元素可操作為將第一復(fù)數(shù)的第一分量的絕對(duì)值編碼到光輸入信號(hào)上；第二調(diào)制器是第一相位開(kāi)關(guān)，并且第二調(diào)制元素可操作為將第一復(fù)數(shù)的第一分量的符號(hào)編碼到光輸入信號(hào)上，其中，第一強(qiáng)度調(diào)制器和第一相位開(kāi)關(guān)在第一串聯(lián)支路中彼此光學(xué)連接。

9、可選地，第一復(fù)元素是以極坐標(biāo)形式編碼的第一復(fù)數(shù)，其中，第一數(shù)字電子信號(hào)的第一值基于第一復(fù)數(shù)的大小，并且第二數(shù)字電子信號(hào)的第二值基于第一復(fù)數(shù)的幅角。第一調(diào)制器是第一強(qiáng)度調(diào)制器，并且第一調(diào)制元素可操作為將第一復(fù)數(shù)的大小編碼到光輸入信號(hào)上；第二調(diào)制器是第一移相器，并且第二調(diào)制元素可操作為將第一復(fù)數(shù)的幅角編碼到光輸入信號(hào)上。第一強(qiáng)度調(diào)制器和第一移相器在第一串聯(lián)支路中彼此光學(xué)連接。

10、可選地，第一調(diào)制元素是相位調(diào)制，并且第二調(diào)制元素是相位調(diào)制。

11、可選地，第一復(fù)元素是以極坐標(biāo)形式編碼的第一復(fù)數(shù)?？刂破鞅慌渲脼閺膶?fù)數(shù)定義為相位擾動(dòng)的函數(shù)的查找表、函數(shù)或曲線圖中數(shù)字地獲得第一數(shù)字電子信號(hào)和第二數(shù)字電子信號(hào)的值。第一調(diào)制器是馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x的第一支路中的第一移相器；第二調(diào)制器是馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x的第二支路中的第二移相器，光輸入信號(hào)被輸入到馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x的第一支路和第二支路中，編碼的光信號(hào)是從馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x的第一支路和第二支路輸出的組合信號(hào)。

12、可選地，第一復(fù)元素是第一復(fù)數(shù)的第一分量，并且編碼器還包括：第二強(qiáng)度調(diào)制器；第二相位開(kāi)關(guān)；以及移相器；第三控制器，其被配置為接收第三數(shù)字電子信號(hào)；以及第四控制器，其被配置為接收第四數(shù)字電子信號(hào)。第三數(shù)字電子信號(hào)的第三值基于第一復(fù)數(shù)的第二分量的絕對(duì)值，并且第四數(shù)字電子信號(hào)的第四值基于第一復(fù)數(shù)的第二分量的符號(hào)。第三控制器被配置為控制第二強(qiáng)度調(diào)制器將第一復(fù)數(shù)的第二分量的絕對(duì)值編碼到光輸入信號(hào)上。第四控制器被配置為控制第二相位開(kāi)關(guān)將第一復(fù)數(shù)的第二分量的符號(hào)編碼到光輸入信號(hào)上。第二強(qiáng)度調(diào)制器和第二相位開(kāi)關(guān)在第二串聯(lián)支路中彼此光學(xué)連接。編碼器還包括：合路器，其被配置為組合來(lái)自第一串聯(lián)支路的光輸出與來(lái)自第二串聯(lián)支路的光輸出，以產(chǎn)生用第一復(fù)數(shù)編碼的組合光信號(hào)；以及移相器，其被配置為編碼來(lái)自第一串聯(lián)支路的光輸出與來(lái)自第二串聯(lián)支路的光輸出之間的相位偏移(phase?shift)，可選地，其中，移相器是第一相位開(kāi)關(guān)和/或第二相位開(kāi)關(guān)的一部分。

13、可選地，每個(gè)控制器被配置為：將相應(yīng)的數(shù)字電子信號(hào)變換為至少一個(gè)脈沖幅度調(diào)制的模擬信號(hào)，以及將至少一個(gè)脈沖幅度調(diào)制的模擬信號(hào)提供給相應(yīng)的調(diào)制器的至少一個(gè)端子，以使得調(diào)制器將相應(yīng)的調(diào)制元素應(yīng)用于光輸入信號(hào)。

14、可選地，每個(gè)控制器被配置為：基于與相應(yīng)的調(diào)制器相關(guān)聯(lián)的相位漂移來(lái)接收反饋信號(hào)；基于所接收的反饋信號(hào)來(lái)修改相應(yīng)的模擬信號(hào)，以生成修改的模擬信號(hào)；以及將修改的模擬信號(hào)提供給相應(yīng)的調(diào)制器的至少一個(gè)端子，以將相應(yīng)的調(diào)制元素應(yīng)用于光輸入信號(hào)。

15、可選地，還提供了一種包括上述編碼器中的任何一者的光電路。該光電路被配置為通過(guò)變換光輸入信號(hào)以產(chǎn)生利用第二復(fù)元素編碼的修改的光信號(hào)，來(lái)對(duì)第一復(fù)元素執(zhí)行至少一個(gè)數(shù)學(xué)運(yùn)算。該至少一個(gè)數(shù)學(xué)運(yùn)算包括以下中的一者或多者：乘法、加法、傅里葉變換或者卷積。

16、光電路可以包括第一編碼器和第二編碼器。第一編碼器可以與第二編碼器串聯(lián)布置，使得來(lái)自第一編碼器的編碼的光信號(hào)被輸入到第二編碼器。替代性地，第一編碼器與第二編碼器并聯(lián)布置，使得來(lái)自第一編碼器和第二編碼器的編碼的光信號(hào)被組合。

17、還提供了一種包括上述光電路的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括解碼器，該解碼器被配置為：將光輸出信號(hào)與參考信號(hào)組合以產(chǎn)生差信號(hào)，檢測(cè)差信號(hào)的至少一個(gè)特性，以及基于差信號(hào)的至少一個(gè)特性來(lái)輸出用第二復(fù)元素編碼的數(shù)字電子信號(hào)。該至少一個(gè)特性是相位和/或幅度。

18、上述解碼器可以包括至少一個(gè)平衡檢測(cè)器，可選地包括第一平衡檢測(cè)器和第二平衡檢測(cè)器。第一平衡檢測(cè)器被配置為接收光輸出信號(hào)和光輸入信號(hào)，并且第二平衡檢測(cè)器被配置為接收被相位偏移以nπ/2的光輸出信號(hào)和光輸入信號(hào)，其中，n是奇數(shù)。

19、還提供了一種包括上述編碼器、光電路或系統(tǒng)的光學(xué)計(jì)算機(jī)。

20、還提供了一種用于基于所接收的數(shù)字電子信號(hào)將第一復(fù)元素編碼到光輸入信號(hào)上的方法。該方法包括：接收第一數(shù)字電子信號(hào)，以及接收第二數(shù)字電子信號(hào)。第一數(shù)字電子信號(hào)的第一值和第二數(shù)字電子信號(hào)的第二值兩者均基于第一復(fù)元素。該方法還包括：基于第一值將第一調(diào)制元素應(yīng)用于光輸入信號(hào)；以及基于第二值將第二調(diào)制元素應(yīng)用于光輸入信號(hào)。第一調(diào)制元素和第二調(diào)制元素一起將第一復(fù)元素編碼到光輸入信號(hào)上以產(chǎn)生編碼的光信號(hào)。

21、以這些方式進(jìn)行編碼允許改進(jìn)的(例如更高效的、更流線型的)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入和利用復(fù)元素的輸入流/光信號(hào)的快速/高效編碼。采用如上所述的編碼器的光子集成電路更適合于與外部電子部件(例如計(jì)算機(jī)處理器或存儲(chǔ)器)接口連接。