一种光逻辑器件及光计算方法与流程

本发明涉及光计算领域，尤其涉及一种光逻辑器件及光计算方法。

背景技术：

在电学领域中，随着半导体工艺技术的发展，逻辑器件的集成电路已经具备高集成度、低功耗、逻辑计算速度快等性质，如FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)和CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)，由于其灵活性、快速可重构性和可多次重复使用，FPGA和CPLD已经成为电路系统中的重要组成部分。

但是，电计算的速度不可能无限发展下去，并且电计算当前的带宽依然无法满足一些领域的要求，集成电路的集成度也将在不久的将来到达极限。这样，由于电学领域的逻辑器件已经非常成熟，想要进一步提高逻辑计算的速度，需要寻找另一种技术。

技术实现要素：

本发明提供一种光逻辑器件及光计算方法，能够提高逻辑器件的计算速度。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，提供一种光逻辑器件，包括：光波导、光路选择单元和光计算单元；其中，所述光路选择单元与所述光计算单元通过所述光波导相连；

所述光波导，用于传输光信号；

所述光路选择单元，用于接收控制信号，根据所述控制信号确定所述光路选择单元接收的光信号的光路，并通过所述光路传输所述光信号，其中，所述光路为所述光信号在所述光波导中的传输路径；

所述光计算单元，用于通过与所述光路对应的接收端接收所述光信号的部分或全部，并对接收的光信号进行逻辑计算。

在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述光路选择单元包括：微环谐振器；所述光波导与所述微环谐振器相连；

所述微环谐振器用于接收所述控制信号，并根据所述控制信号控制自身的开关状态，以确定经过所述微环谐振器的光信号的光路。

结合第一方面或者第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述光逻辑器件还包括分光器件；所述分光器件通过所述光波导与所述光路选择单元相连；

所述分光器件用于接收光信号，将所述光信号分为第一光信号和第二光信号，并将所述第一光信号和所述第二光信号通过所述光波导传输至所述光路选择单元；

所述光路选择单元接收的光信号具体包括所述第一光信号和所述第二光信号。

结合第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式，所述分光器件具体用于，接收光强为F的光信号，将所述光信号分为光强为F的第一光信号和光强为-F的第二光信号。

结合第一方面至第三种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述光计算单元包括至少一个光逻辑门；所述光计算单元的接收端与所述光逻辑门的信号输入端相连；

所述光计算单元具体用于，将接收到的光信号传输至所述光逻辑门的信号输入端，以通过所述光逻辑门对所述光信号进行逻辑计算。

结合第一方面至第四种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述控制信号包括电信号。

第二方面，提供一种光计算方法，包括：

光逻辑器件的光路选择单元接收控制信号，并根据所述控制信号确定所述光逻辑器件的光路选择单元接收的光信号的光路；

所述光逻辑器件的光路选择单元通过所述光路传输所述光信号；

所述光逻辑器件的光计算单元通过与所述光路对应的接收端接收所述光信号的部分或全部，并对接收的光信号进行逻辑计算。

在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述根据所述控制信号确定所述光逻辑器件的光路选择单元接收的光信号的光路具体包括：

所述光路选择单元中的微环谐振器根据所述控制信号控制自身的开关状态，以确定经过所述微环谐振器的光信号的光路。

结合第二方面或者第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述方法还包括：

所述光逻辑器件的分光器件接收光信号，将所述光信号分为第一光信号和第二光信号，并将所述第一光信号和所述第二光信号通过光波导传输至所述光路选择单元；

所述光逻辑器件的光路选择单元接收的光信号具体包括所述第一光信号和所述第二光信号。

结合第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述光逻辑器件的分光器件接收光信号，并将所述光信号分为第一光信号和第二光信号具体包括：

所述光逻辑器件的分光器件接收光强为F的光信号，将所述光信号分为光强为F的第一光信号和光强为-F的第二光信号。

结合第二方面至第三种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述对所述光信号进行逻辑计算具体包括：

所述光逻辑器件的光计算单元将接收到的光信号传输至所述光计算单元中的光逻辑门的信号输入端，以通过所述光逻辑门对所述光信号进行逻辑计算，其中，所述光计算单元的接收端与所述光逻辑门的信号输入端相连。

结合第二方面至第四种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述控制信号包括电信号。

采用上述方案，光逻辑器件的光路选择单元接收控制信号，根据该控制信号确定该光逻辑器件的光路选择单元接收的光信号的光路，并通过该光路传输该光信号，该光逻辑器件的光计算单元通过与该光路对应的接收端接收该光信号的部分或全部，并对接收的光信号进行逻辑计算。这样，利用该光逻辑器件，可以实现对光信号进行逻辑计算，由于是对光信号进行逻辑计算，相比于对电信号进行逻辑计算，提高了逻辑器件的计算速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种光逻辑器件的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种光路选择单元的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种分光器件的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种光计算模块的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种光逻辑器件的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种光逻辑器件进行光计算的示意图；

图7为本发明实施例提供的一种光逻辑器件进行光计算的示意图；

图8为本发明实施例提供的一种光计算方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种光逻辑器件00，如图1所示，该光逻辑器件包括：光波导01、光路选择单元02和光计算单元03。

其中，该光路选择单元02和该光计算单元03通过该光波导01相连。

该光波导01，用于传输光信号。

该光路选择单元02，用于接收控制信号，根据该控制信号确定该光路选择单元02接收的光信号的光路，并通过该光路传输该光信号。

其中，该光路为该光信号在该光波导中的传输路径。

该光计算单元03，用于通过与该光路对应的接收端接收该光信号的部分或全部，并对接收的光信号进行逻辑计算。

具体地，该光路选择单元02包括微环谐振器021，其中，该光波导01与该微环谐振器021相连。该微环谐振器021用于根据该控制信号控制控制自身的开关状态，以确定经过所述微环谐振器的光信号的光路。

示例地，如图2所示，光波导01(如图2中的B或C)传输光信号至微环谐振器，该微环谐振器接收控制线(如图中的a或b)传输的控制信号，并根据该控制信号控制该光信号在光波导(如图2中的D或E)中的传输，确定该光信号的发送光路。也就是说，若该光信号从光波导B传输至微环谐振器021，则该微环谐振器021可根据控制线b发送的控制信号控制该光信号在光波导D上传输，或者根据控制线b发送的控制信号控制该光信号在光波导E上传输。

需要说明的是，微环谐振器是制作在光波导上的微型环，该微环谐振器包括不同的输出支路，则该微型环可以根据控制信号确定经过该微型环的光信号的输出支路。

其中，该控制信号可以是光信号，也可以是电信号，则当该控制信号为光信号时，传输控制信号的控制线(如图2中的a和b)为光波导。

可选地，该光逻辑器件还包括分光器件04，其中，该分光器件04通过光波导与该光路选择单元02相连，该分光器件04用于接收光信号，将该光信号分为第一光信号和第二光信号，并将该第一光信号和该第二光信号传输至该光路选择单元02。则该光路选择单元02接收的光信号包括该第一光信号和该第二光信号。

具体的，如图2所示，输入的光信号由光波导(如图2中的A)传输至该分光器件04，则该分光器件04将该光信号分为第一光信号和第二光信号，并通过不同的光波导(如图2中的B和C)将该第一光信号和该第二光信号传输至该光路选择单元02。

需要说明的是，该第一光信号和该第二光信号作为该光路选择单元02接收到的光信号，该光路选择单元02可以通过控制信号确定该第一光信号和该第二光信号的光路。

可选地，该分光器件04具体用于，接收光强为F的光信号，将该光信号分为光强为F的第一光信号和光强为-F的第二光信号。

示例地，该分光器件的结构示意图如图3所示，包括光放大器、第一分束器、第二分束器和光学与非门。其中，该光放大器可以将输入的光信号的光强放大两倍，如输入的光信号的光强为F，则该光信号经过该光放大器后的光强为2F；分束器可以将输入该分束器的光信号均分为两束光强相同的光信号，因此经过该第一分束器的两个分支的光信号的光强均为F，经过该第二分束器的两个分支的光信号的光强均为F/2，则两束光强均为F/2的光信号经过与非门，进行与非操作得到光强为-F的光信号。

这样，该分光器件将输入的光信号分为第一光信号和第二光信号，其中，若输入的光信号的光强为F，则该第一光信号的光强为F，该第二光信号的光强为-F。

可选地，该光计算单元03包括至少一个光逻辑门。

具体地，该光计算单元03通过对应该光路的接收端接收该光路选择单元02发送的光信号，其中，该接收端与该光逻辑门的信号输入端相连，则该光逻辑门对从该信号输入端输入的光信号进行逻辑计算。

需要说明的是，该光逻辑器件的光路选择单元通过光路向该光计算单元传输光信号时，可能仅一部分的光信号或者全部的光信号被光计算单元接收，可由用户进行控制。

在本发明实施例的一种可能的实现方式中，该光计算单元03包括多个光计算模块031，其中，该光计算模块031由多个光逻辑门通过光波导连接而成，这样，多个光计算模块031保证了该光逻辑器件的计算功能和计算的多样性，并且，光计算模块031的实现工艺简单，多个光计算模块集成该光计算单元03可以提高生产速率。

示例地，该光计算模块031如图4所示，该光计算模块031包括光学或门、光学非门和光学与门，其中，各逻辑门之间均通过光波导相连，其连接关系如图4所示。其中，b、c、d、e为接收端，分别与光逻辑门的信号输入端相连，对应该光路选择单元02发送光信号的不同的光路，也就是说，该光路选择单元02可以通过不同的光路向a，b，c，d四个不同的接收端传输光信号，则该光计算模块021通过与该接收端对应的光逻辑门对输入的光信号进行逻辑计算，得到计算结果，并从f端输出该计算结果。

另外，如图4所示的光计算模块只是光计算模块的一种组成方式，该光计算模块还可以有其他的组成方式。本发明对该光计算模块的组成不作限定。

在本发明一种可能的实现方式中，该光逻辑器件的结构示意图如图5所示。其中，x1至x4为输入该光逻辑器件进行计算的光信号；y1至y18为输入的控制信号；z为输出的计算结果。其中，该控制信号可以是光信号，也可以是电信号，且当该控制信号逻辑为1时，经过该微环谐振器的光信号的光路不变，当控制信号逻辑为0时，该微环谐振器控制光信号切换光路传输。

示例地，利用图5所示的光逻辑器件实现逻辑计算x1+x2，如图6所示，其中，粗实线为光信号在该光逻辑器件中传输的光路，x3为逻辑1的光信号，经过分光器件后可得到逻辑1和逻辑0的光信号，x4为逻辑1的光信号，经过分光器件后可得到逻辑1和逻辑0的光信号；控制信号y1至y18的逻辑依次为0000 0000 0001 1000 00，该光逻辑器件根据该控制信号确定光信号x1、x2、x3和x4在该光逻辑器件中的光路，则光信号x1、x2、x3和x4通过图6中所示光路传输后，到达光计算单元中的或门的光信号分别为x1和x2，到达与门的光信号为1，到达非门的光信号为0，则最终的逻辑计算为x1+x2与1与1，得到计算结果为x1+x2。

利用图5所示的光逻辑器件实现逻辑计算x1*x2，如图7所示，其中，粗实线为光信号在该光逻辑器件中传输的光路，x3为逻辑1的光信号，经过分光器件后可得到逻辑1和逻辑0的光信号，x4为逻辑1的光信号，经过分光器件后可得到逻辑1和逻辑0的光信号；控制信号y1至y18的逻辑依次为0000 0000 0111 1011 11，该光逻辑器件根据该控制信号确定光信号x1、x2、x3和x4在该光逻辑器件中的光路，则光信号x1、x2、x3和x4通过图7中所示光路传输后，到达光计算单元中的或门的光信号分别为0和x1，到达与门的光信号为x2，到达非门的光信号为0，则最终的逻辑计算为x1与x2与1，得到计算结果为x1*x2。

采用上述光逻辑器件，该光逻辑器件包括光波导，用于传输光信号；光路选择单元，用于接收控制信号，根据该控制信号确定该光路选择单元接收的光信号的光路，并通过该光路传输该光信号；光计算单元，用于通过与该光路对应的接收端接收该光信号的部分或全部，并对接收的光信号进行逻辑计算。这样，利用该光逻辑器件，可以实现对光信号进行逻辑计算，由于是对光信号进行逻辑计算，相比于对电信号进行逻辑计算，提高了逻辑器件的计算速度。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

本发明实施例提供一种光计算方法，如图8所示，该方法包括：

S801、光逻辑器件的光路选择单元接收控制信号，并根据该控制信号确定该光逻辑器件的光路选择单元接收的光信号的光路。

其中，该控制信号可以为电信号，也可以为光信号。

可选地，该光路选择单元中的微环谐振器根据该控制信号控制自身的开关状态，以确定经过该微环谐振器的光信号的光路。

示例地，如图2所示，光波导(如图2中的B或C)传输光信号至微环谐振器，该微环谐振器接收控制线(如图中的a或b)传输的控制信号，并根据该控制信号控制该光信号在光波导(如图2中的D或E)中的传输，确定该光信号的发送光路。也就是说，若该光信号从光波导B传输至微环谐振器，则该微环谐振器可根据控制线b发送的控制信号控制该光信号在光波导D上传输，或者根据控制线b发送的控制信号控制该光信号在光波导E上传输。

需要说明的是，微环谐振器是制作在光波导上的微型环，该微环谐振器包括不同的输出支路，则该微型环可以根据控制信号确定经过该微型环的光信号的输出支路。

可选地，该光逻辑器件的分光器件接收光信号，将该光信号分为第一光信号和第二光信号，并将该第一光信号和该第二光信号传输至该光逻辑器件的光路选择单元，则该光路选择单元接收的光信号包括该第一光信号和第二光信号。

具体地，该光逻辑器件的分光器件接收光强为F的光信号，将该光信号分为光强为F的第一光信号和光强为-F的第二光信号。

示例地，该分光器件的结构示意图如图3所示，包括光放大器、第一分束器、第二分束器和光学与非门。其中，该光放大器可以将输入的光信号的光强放大两倍，如输入的光信号的光强为F，则该光信号经过该光放大器后的光强为2F；分束器可以将输入该分束器的光信号均分为两束光强相同的光信号，因此经过该第一分束器的两个分支的光信号的光强均为F，经过该第二分束器的两个分支的光信号的光强均为F/2，则两束光强均为F/2的光信号经过与非门，进行与非操作得到光强为-F的光信号。

S802、该光逻辑器件的光路选择单元通过该光路传输该光信号。

S803、该光逻辑器件的光计算单元通过与该光路对应的接收端接收该光信号的部分或全部，并对接收的光信号进行逻辑计算。

需要说明的是，该光逻辑器件的光路选择单元通过光路向该光计算单元传输光信号时，可能仅一部分的光信号或者全部的光信号被光计算单元接收，可由用户进行控制。

可选地，该光逻辑器件的光计算单元将接收到的光信号传输至该光计算单元中的光逻辑门的信号输入端，以通过该光逻辑门对该光信号进行逻辑计算。

其中，该光计算单元的接收端与该光逻辑门的信号输入端相连。

在本发明实施例的一种可能的实现方式中，该光计算单元包括多个光计算模块，其中，该光计算模块由多个光逻辑门通过光波导连接而成，这样，多个光计算模块保证了该光逻辑器件的计算功能和计算的多样性，并且，光计算模块的实现工艺简单，多个光计算模块集成该光计算单元可以提高生产速率。

示例地，该光计算模块如图4所示，该光计算模块包括光学或门、光学非门和光学与门，其中，各逻辑门之间均通过光波导相连，其连接关系如图4所示。其中，b、c、d、e为接收端，分别与光逻辑门的信号输入端相连，对应该光路选择单元发送光信号的不同的光路，也就是说，该光路选择单元可以通过不同的光路向a，b，c，d四个不同的接收端传输光信号，则该光计算模块通过与该接收端对应的光逻辑门对输入的光信号进行逻辑计算，得到计算结果，并从f端输出该计算结果。

另外，如图4所示的光计算模块只是光计算模块的一种组成方式，该光计算模块还可以有其他的组成方式。本发明对该光计算模块的组成不作限定。

在本发明一种可能的实现方式中，该光逻辑器件的结构示意图如图5所示。其中，x1至x4为输入该光逻辑器件进行计算的光信号；y1至y18为输入的控制信号z为输出的计算结果。其中，该控制信号可以是光信号，也可以是电信号，且当该控制信号逻辑为1时，经过该微环谐振器的光信号的光路不变，当控制信号逻辑为0时，该微环谐振器控制光信号切换光路传输。

示例地，利用图5所示的光逻辑器件实现逻辑计算x1+x2，如图6所示，其中，粗实线为光信号在该光逻辑器件中传输的光路，x3为逻辑1的光信号，经过分光器件后可得到逻辑1和逻辑0的光信号，x4为逻辑1的光信号，经过分光器件后可得到逻辑1和逻辑0的光信号；控制信号y1至y18的逻辑依次为0000 0000 0001 1000 00，该光逻辑器件根据该控制信号确定光信号x1、x2、x3和x4在该光逻辑器件中的光路，则光信号x1、x2、x3和x4通过图6中所示光路传输后，到达光计算单元中的或门的光信号分别为x1和x2，到达与门的光信号为1，到达非门的光信号为0，则最终的逻辑计算为x1+x2与1与1，得到计算结果为x1+x2。

利用图5所示的光逻辑器件实现逻辑计算x1*x2，如图7所示，其中，粗实线为光信号在该光逻辑器件中传输的光路，x3为逻辑1的光信号，经过分光器件后可得到逻辑1和逻辑0的光信号，x4为逻辑1的光信号，经过分光器件后可得到逻辑1和逻辑0的光信号；控制信号y1至y18的逻辑依次为0000 0000 0111 1011 11，该光逻辑器件根据该控制信号确定光信号x1、x2、x3和x4在该光逻辑器件中的光路，则光信号x1、x2、x3和x4通过图7中所示光路传输后，到达光计算单元中的或门的光信号分别为0和x1，到达与门的光信号为x2，到达非门的光信号为0，则最终的逻辑计算为x1与x2与1，得到计算结果为x1*x2。

采用上述方法，光逻辑器件的光路选择单元接收控制信号，根据该控制信号确定该光逻辑器件的光路选择单元接收的光信号的光路，并通过该光路传输该光信号，该光逻辑器件的光计算单元通过与该光路对应的接收端接收该光信号的部分或全部，并对接收的光信号进行逻辑计算。这样，利用该光逻辑器件，可以实现对光信号进行逻辑计算，由于是对光信号进行逻辑计算，相比于对电信号进行逻辑计算，提高了逻辑器件的计算速度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。