光神经网络装置的制作方法

本发明涉及基元光学元件的光计算领域，尤其涉及一种光神经网络装置。

背景技术：

1、通过光学元件搭建的光神经网络可以部分替代电信号处理单元进行卷积处理，提取目标的关键特征，相较于电信号的处理具有更快的运算速度和更高的能效比，但是现有的光神经网络在该场景下的应用还存在一些问题，其中最主要的是相较于电子元件，光学元件的体积过大，结合光路的焦距的限制，从光信号的发出到接收之间需要占用较长的空间距离，这个较长距离上还会存在光信号的传播误差、以及电信号的损耗，所以现有的光学元件搭建的光神经网络还无法很好的满足使用需求，制约了光神经网络的发展。

技术实现思路

1、为解决现有技术中光神经网络的体积过大、以及存在光信号的传播误差和电信号的损耗的问题的至少其一，本发明的目的在于提供一种体积更小、集成度更高的光神经网络装置。

2、为实现上述发明目的，本发明一实施方式提供一种光神经网络装置，包括：

3、集成芯片，其包括发光部和探测部，所述发光部用于发出光信号，所述探测部用于接收光信号，所述发光部和所述探测部集成于同一所述集成芯片上；

4、光路组件，其包括傅里叶变换部、第一反射镜、第二反射镜、傅里叶逆变换部和掩模部；

5、所述发光部发出的光信号依次经所述傅里叶变换部、所述第一反射镜、所述第二反射镜和所述傅里叶逆变换部后到达所述探测部，所述掩模部设置于所述傅里叶变换部至所述傅里叶逆变换部的光路之间。

6、作为本发明的进一步改进，所述傅里叶变换部、和/或所述傅里叶逆变换部、和/或所述掩模部设置为超透镜、超表面器件、衍射光学元件或曲面镜头。

7、作为本发明的进一步改进，垂直于所述发光部和所述探测部中心的面为对称面，所述第一反射镜和所述第二反射镜对称设置于所述对称面的两侧，从所述发光部至所述第一反射镜的光路与从所述探测部至所述第二反射镜的光路对称设置于所述对称面的两侧。

8、作为本发明的进一步改进，所述第一反射镜和所述第二反射镜均设置为平面反射镜，所述第一反射镜向远离所述集成芯片一侧的下方45°方向倾斜，所述第二反射镜向靠近所述集成芯片一侧的下方45°方向倾斜，所述掩模部设置于所述第一反射镜和所述第二反射镜的中间位置。

9、作为本发明的进一步改进，所述傅里叶变换部和所述傅里叶逆变换部设置为同一傅里叶透镜，所述第一反射镜和所述第二反射镜均设置为凹面反射镜，所述第一反射镜和所述第二反射镜的规格相同，所述发光部发出的光信号从所述傅里叶透镜向斜下方穿出后，经所述第一反射镜和所述第二反射镜后再从斜上方穿入所述傅里叶透镜。

10、作为本发明的进一步改进，所述傅里叶透镜到所述发光部和所述探测部的光路的距离均等于所述傅里叶透镜的焦距，所述傅里叶透镜到所述第一反射镜和所述第二反射镜的光路的距离均等于所述傅里叶透镜的焦距与所述凹面反射镜的焦距之和，所述第一反射镜和所述第二反射镜的光路的距离等于两倍的所述凹面反射镜的焦距。

11、作为本发明的进一步改进，所述光路组件还包括第三平面反射镜和第四平面反射镜，光信号从所述傅里叶透镜向斜下方穿出后，经所述第三平面反射镜、所述第一反射镜、所述第二反射镜和所述第四平面反射镜后再从斜上方穿入所述傅里叶透镜；

12、所述掩模部设置于所述第三平面反射镜或所述第四平面反射镜的反射光信号的位置；

13、所述第三平面反射镜和所述第四平面反射镜设置为同一平面反射镜。

14、作为本发明的进一步改进，所述傅里叶透镜到所述发光部、所述探测部、所述第三平面反射镜和所述第四平面反射镜的光路的距离均等于所述傅里叶透镜的焦距，所述第一反射镜到所述第三平面反射镜的光路的距离、以及所述第二反射镜到所述第四平面反射镜的光路的距离均等于所述凹面反射镜的焦距，所述第一反射镜和所述第二反射镜的光路的距离等于两倍的所述凹面反射镜的焦距。

15、作为本发明的进一步改进，所述掩模部设置于所述傅里叶透镜与所述第一反射镜之间的光路上、或者所述傅里叶透镜与所述第二反射镜之间的光路上，所述掩模部到所述傅里叶透镜的光路的距离等于所述傅里叶透镜的焦距。

16、作为本发明的进一步改进，所述集成芯片包括处理器，所述处理器对所述发光部输出发光信号、以及接收所述探测部的光信号，所述掩模部为硅基液晶件，所述光神经网络装置包括调控组件，所述处理器根据接收的光信号对所述调控组件输出电压信号，所述调控组件根据所述电压信号对所述硅基液晶件施加可控电压，所述可控电压用于控制所述硅基液晶件中液晶的空间分布，以改变所述掩模部对光信号的调制结果。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该光神经网络装置通过光路组件的设计，将发光部和探测部集成在同一集成芯片上，从而一方面将传统的光路折叠，使光神经网络装置相对于现有的线性的光神经网络需要占用的空间体积大大减小，另一方面由于在同一集成芯片上，芯片上的数据传输速度更快、损耗更少、稳定性更好，再一方面由于光信号的发射和光信号的接收不在同一条直线上，避免了杂散光对光计算结果的影响，所以该光神经网络具有更好的应用前景，推进了光神经网络技术的进步。

技术特征：

1.一种光神经网络装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的光神经网络装置，其特征在于，所述傅里叶变换部、和/或所述傅里叶逆变换部、和/或所述掩模部设置为超透镜、超表面器件、衍射光学元件或曲面镜头。

3.根据权利要求1所述的光神经网络装置，其特征在于，垂直于所述发光部和所述探测部中心的面为对称面，所述第一反射镜和所述第二反射镜对称设置于所述对称面的两侧，从所述发光部至所述第一反射镜的光路与从所述探测部至所述第二反射镜的光路对称设置于所述对称面的两侧。

4.根据权利要求3所述的光神经网络装置，其特征在于，所述第一反射镜和所述第二反射镜均设置为平面反射镜，所述第一反射镜向远离所述集成芯片一侧的下方45°方向倾斜，所述第二反射镜向靠近所述集成芯片一侧的下方45°方向倾斜，所述掩模部设置于所述第一反射镜和所述第二反射镜的中间位置。

5.根据权利要求3所述的光神经网络装置，其特征在于，所述傅里叶变换部和所述傅里叶逆变换部设置为同一傅里叶透镜，所述第一反射镜和所述第二反射镜均设置为凹面反射镜，所述第一反射镜和所述第二反射镜的规格相同，所述发光部发出的光信号从所述傅里叶透镜向斜下方穿出后，经所述第一反射镜和所述第二反射镜后再从斜上方穿入所述傅里叶透镜。

6.根据权利要求5所述的光神经网络装置，其特征在于，所述傅里叶透镜到所述发光部和所述探测部的光路的距离均等于所述傅里叶透镜的焦距，所述傅里叶透镜到所述第一反射镜和所述第二反射镜的光路的距离均等于所述傅里叶透镜的焦距与所述凹面反射镜的焦距之和，所述第一反射镜和所述第二反射镜的光路的距离等于两倍的所述凹面反射镜的焦距。

7.根据权利要求5所述的光神经网络装置，其特征在于，所述光路组件还包括第三平面反射镜和第四平面反射镜，光信号从所述傅里叶透镜向斜下方穿出后，经所述第三平面反射镜、所述第一反射镜、所述第二反射镜和所述第四平面反射镜后再从斜上方穿入所述傅里叶透镜；

8.根据权利要求7所述的光神经网络装置，其特征在于，所述傅里叶透镜到所述发光部、所述探测部、所述第三平面反射镜和所述第四平面反射镜的光路的距离均等于所述傅里叶透镜的焦距，所述第一反射镜到所述第三平面反射镜的光路的距离、以及所述第二反射镜到所述第四平面反射镜的光路的距离均等于所述凹面反射镜的焦距，所述第一反射镜和所述第二反射镜的光路的距离等于两倍的所述凹面反射镜的焦距。

9.根据权利要求5所述的光神经网络装置，其特征在于，所述掩模部设置于所述傅里叶透镜与所述第一反射镜之间的光路上、或者所述傅里叶透镜与所述第二反射镜之间的光路上，所述掩模部到所述傅里叶透镜的光路的距离等于所述傅里叶透镜的焦距。

10.根据权利要求1所述的光神经网络装置，其特征在于，所述集成芯片包括处理器，所述处理器对所述发光部输出发光信号、以及接收所述探测部的光信号，所述掩模部为硅基液晶件，所述光神经网络装置包括调控组件，所述处理器根据接收的光信号对所述调控组件输出电压信号，所述调控组件根据所述电压信号对所述硅基液晶件施加可控电压，所述可控电压用于控制所述硅基液晶件中液晶的空间分布，以改变所述掩模部对光信号的调制结果。

技术总结
本发明揭示了一种光神经网络装置，包括集成芯片和光路组件，集成芯片包括发光部和探测部，发光部和探测部集成于同一集成芯片上，发光部发出的光信号依次经傅里叶变换部、第一反射镜、第二反射镜和傅里叶逆变换部后到达探测部，掩模部设置于傅里叶变换部至傅里叶逆变换部的光路之间。该光神经网络装置通过光路组件的设计，使得体积大大减小，可以使发光部和探测部集成在同一集成芯片上，集成度提高，数据传输速度更快、损耗更少，且避免了杂散光对光计算结果的影响，所以该光神经网络具有更好的应用前景，推进了光神经网络技术的进步。

技术研发人员：孙磊,韩旭,史坦,邱兵
受保护的技术使用者：苏州山河光电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1