技术领域

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, 现场可编程门阵歹' J ) 和 CPLD ( Complex Programmable Logic Device, 复杂可编程逗辑器件）， 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。 发明内容

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� �示意图； 图 2为本发明实施例提供的一种光路选择单元的� �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� �意图； 图 4为本发明实施例提供的一种光计算模块的结� �示意图； 图 5为本发明实施例提供的另一种光逻辑器件的� �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� �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� �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� �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� ��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 2 F ; 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 0 3 包括至少一个光逻辑门。

具体地， 该光计算单元 0 3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， xl 至 x4 为输入该光逻辑器件进行计算的光信 号； yl 至 yl8 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 xl+x2, 如 图 6所示，其中，粗实线为光信号在该光逻辑器� �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 yl 至 yl8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 xl、 x2、 x3 和 x4在 该光逻辑器件中的光路， 则光信号 xl、 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 xl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 xl+x2与 1 与 1, 得到计算结果为 xl+x2。

利用图 5所示的光逻辑器件实现逻辑计算 xl*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 yl至 yl8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 xl、 x2、 x3和 x4在该光 逻辑器件中的光路， 则光信号 xl、 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 xl, 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 xl 与 x2与 1, 得到计算结果为 xl*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：

S 8 0 1、 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 2 F ; 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。

S 8 0 2、 该光逻辑器件的光路选择单元通过该光路传输 该光信号。

S 8 0 3、 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， x l 至 x 4 为输入该光逻辑器件进行计算的光信 号； yl 至 yl8 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 xl+x2, 如 图 6所示，其中，粗实线为光信号在该光逻辑器� �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 yl 至 yl8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 xl、 x2、 x3 和 x4在 该光逻辑器件中的光路， 则光信号 xl、 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 xl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 xl+x2与 1 与 1, 得到计算结果为 xl+x2。

利用图 5所示的光逻辑器件实现逻辑计算 xl*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 yl至 yl8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 xl、 x2、 x3和 x4在该光 逻辑器件中的光路， 则光信号 xl、 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 xl, 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 xl 与 x2与 1, 得到计算结果为 xl*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。