一种光信号计算装置及光信号计算方法

本发明涉及光计算领域，尤其涉及一种光信号计算装置及光信号计算方法。

背景技术：

在电学领域中，随着半导体工艺技术的发展，光电转换器件获得了突飞猛进的发展，各种光电转换器件已广泛地应用在各行各业。自光电效应发现至今，光电转换器件获得了突飞猛进的发展，各种光电转换器件已广泛地应用在各行各业。常用的光电效应转换器件有光敏电阻、光电倍增器、光电池、pin管、ccd等。片上集成光计算装置备受关注，片上集成光计算装置能够将各个功能模块实现芯片级集成，提高了系统稳定性，减小装置尺寸，还降低了装置的能耗比。但传统的光电转换器件不能同时实现光电信号转换和单一信号转变为多信号的功能，便于利用输出的电信号进行多路电路控制。

技术实现要素：

本发明提供一种光信号计算装置及光信号计算方法，以解决现有技术缺陷。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种光信号计算装置，包括：半导体衬底、发射单元、分光单元、探测单元；

所述发射单元、所述分光单元、所述光电探测单元依次制备于所述半导体衬底上；

所述发射单元，用于发射光信号，所述发射单元包括一个或多个第一光信号；

所述分光单元，用于对所述第一光信号进行分光产生多路第二光信号；

所述光电探测单元，所述光电探测单元包括一个或多个光电探测器，用于接收所述多路第二光信号，实现光电转换。

进一步地，所述分光单元为透射光栅，所述光电探测单元位于以所述透射光栅为圆心的弧线上。

进一步地，所述发射单元可以通过外联电路进行调节。

第二方面，一种光信号计算方法，包括如下步骤：

s1、发射单元发出第一光信号；

s2、所述分光单元接收所述第一光信号，将所述第一光信号分光输出多路第二光信号；

s3、所述光电探测单元接收所述多路第二光信号，根据所述多路第二光信号的参数控制输出；具体包括如下步骤：

s301、接收所述第二光信号；

s302、将所述第二光信号参数与所设定参考光信号参数进行比较；

s303、根据s302中的比较结果，所述光电探测器输出对应电信号。

进一步地，还包括如下步骤：

s4、将步骤s3中所述光电探测器的输出的信号再次发送给所述光电探测器，实现级联运算。

采用上述方案，利用衍射效应进行分光，并用多路光电探测器进行光电信号转换，获得多个电信号数据，与传统单路探测方案相比可大幅提高光电信号处理效率，利用该技术方案可以将发射单元、分光单元、探测单元三个模块进行集成，获得高集成度的光信号计算装置，输出的电信号可以通过调整发射单元的发光特性来控制，精度也可以通过调整光栅常数和探测器的数量和范围来控制，使用范围广，此外可以应用光信号计算装置进行光计算。

附图说明

图1是本发明一种光信号计算装置实施例工作原理示意图；

图2是本发明一种光信号计算装置实施例立体结构示意图。

其中附图标记包括：led芯片1、二氧化硅光栅2、硅探测器3、以二氧化硅光栅为圆心的弧线4、二氧化硅光栅最大衍射角5、硅衬底6。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1示出了本发明一种光信号计算装置实施例工作原理示意图，图2示出了发明一种光信号计算装置实施例立体结构示意图，包括半导体衬底、发射单元、分光单元、探测单元；其中发射单元为led芯片1、分光单元为二氧化硅光栅2、光电探测器为硅探测器3，上述三个单元分别依次制备于硅衬底6上，发射单元为led芯片1用于发射第一光信号；二氧化硅光栅2将第一光信号进行分光产生5路第二光信号；硅探测器3用于接收多路第二光信号的光信号，并进行光电转换。led芯片1可选择可见光，红外光或者紫外光。对led芯片1的尺寸不做限定，大小与硅衬底6匹配即可。led芯片1的面向二氧化硅光栅2的端面镀有增透膜，其他端面镀有反射膜，保证led芯片1光源只从面向二氧化硅光栅2的端面发光，防止其他端面的杂散光对此器件造成干扰，并且增加led芯片1的出光效率。led芯片1高度与二氧化硅光栅2、硅探测器3保持一致，led芯片1需要靠近二氧化硅光栅2使更多的光线衍射分光。

在本发明的一个优选实施例中，二氧化硅光栅2为透射光栅，硅探测器3位于以二氧化硅光栅为圆心的弧线4上，具体位置可以根据光栅方程更改。二氧化硅光栅2对第一光信号进行衍射，根据光栅方程：

dsinθ＝kλ；

d：光栅常数；

θ：衍射角；

k：条纹级数；

λ：光波波长，

若在最大衍射角θmax处放置硅探测器3，则最大衍射角θmax取决于所需求光栅衍射的几级光，如果需要一级衍射光，则取k＝1即以此类推，需要在几级衍射光放置硅探测器3，则对k相应取值，以确定探测器的摆放位置。

在本发明的一个优选实施例中，led芯片1可以通过外联电路进行调节。

本发明的实施例提供一种光信号计算方法，包括如下步骤：

s1、led芯片1发出第一光信号；

s2、二氧化硅光栅2接收步骤s1中的第一光信号，将所述第一光信号分光输出5路第二光信号；

s3、硅探测器3接收步骤s2中的5路第二光信号，根据5路第二光信号参数控制输出；具体包括如下步骤：

s301、硅探测器3接收5路第二光信号；

s302、根据光信号的强度设定两个参考值a、b，依次将5路第二光信号和参考值a、b相比较；

s303、根据s302中的比较结果，光强度小于参考值a，硅探测器3输出对应电信号为0；光强度介于参考值a、b之间，硅探测器3输出对应电信号为1；光强度大于参考值b，硅探测器3输出对应电信号为2。

在本发明的一个优选实施例中，还包括如下步骤：

s4、将步骤s3中硅探测器3的输出的信号再次发送给所述硅探测器3，实现级联运算。

采用上述方案，利用衍射效应进行分光，并用多路光电探测器进行光电信号转换，获得多个电信号数据，与传统单路探测方案相比可大幅提高光电信号处理效率，利用该技术方案可以将发射单元、分光单元、光电探测单元三个模块进行集成，获得高集成度的光信号计算装置，光电探测单元输出的电信号可以通过调整发射单元的发光特性来控制，精度也可以通过调整光栅常数和探测器的数量和范围来控制，使用范围广，此外可以应用光信号计算装置进行光计算。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。