基于正交伪随机相位编码的光场并行傅氏变换装置及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106385286A(43)申请公布日2017.02.08(21)申请号201610831267.4(22)申请日2016.09.19(71)申请人符建地址310027浙江省杭州市西湖区浙江大学玉泉校区教三208(72)发明人符建陶康李文江(74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200代理人邱启旺(51)Int.Cl.H04B10/70(2013.01)H04B10/548(2013.01)权利要求书2页说明书8页附图2页(54)发明名称基于正交伪随机相位编码的光场并行傅氏变换装置及方法(57)摘要本发明公开一种基于正交伪随机相位编码的光场并行傅里叶变换装置及方法，表示输入初态的多束具有正交伪随机相位编码的相干光场经过受控相位门，每一束光被调制上一个特定的相位；再经过哈德玛德型模式控制门，然后经过一个受控模式门阵列，得到最终叠加态；通过一种基于轮询机制的相干检测方法，得到表示的状态，完成对光场的解码；这种方法采用利用光场的两个正交模式(偏振模式或者横向模式)当作0和1的编码，在计算中保持场的叠加性，利用伪随机相位编码区分不同的光场实现不同的计算位，能够得到和量子傅里叶变换相类似的并行计算功能。CN106385286ACN106385286A权利要求书1/2页1.一种基于正交伪随机相位编码的光场并行傅氏变换装置，其特征在于，它包括：受控相位门阵列(2)、哈德玛德型模式控制门(4)、受控模式门阵列(5)和正交编码相干检测器(6)；所述受控相位门阵列(2)包括多个由目标基矢控制的受控相位门，受控模式门阵列(5)包括多个由目标基矢控制的受控模式门；初态的相干光场|ψn>；然后经过一个由目标基矢|x>＝|j1j2…jn>控制的受控相位门，得到一个相位调制，再经过哈德玛德型模式控制门(4)和一个由目标基矢|x>＝|j1j2…jn>控制的受控模式门，得到最终态，然后最终态通过正交编码相干检测器(6)进行检测，得到模式状态矩阵；最后通过一种基于序列遍历机制的读出方法，遍历模式状态矩阵，得到对应目标基矢|x>＝|j1j2…jn>相应的系数从而得到目标基矢的系数矩阵，即得到傅里叶变换结果(7)。2.一种权利要求1所述装置的并行计算方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)初态的输入：输入初态的相干光场|ψn>，每束初态的相干光场|ψn>均由光场的两个正交模式(偏振模式或者横向模式)表示|0>和|1>，其中ψn为第n个场，|>表示相干光场正交模式；n表示叠加态序数，N为最大随机序列数；i,j＝1,2,3，……N，和分别是经典场的模式|0>和|1>的叠加系数；为相位，λ(i)为第i个正交随机编码序列。(2)调制：每束初态的相干光场|ψn>经过一个由目标基矢|x>＝|j1j2…jn>控制的受控相位门，完成对相干光场|ψn>中|1>模式的指定相位进行调制，而|0>模式的相位不变，所述指定相位由目标基矢|x>＝|j1j2…jn>决定；经调制后的光场经过哈德玛德型模式变换器(4)得到以下形式：其中j1j2…jn是目标基矢|x>＝|j1j2…jn>对应的每个位(且j1j2…jn每个位只能取值0或者1)；再经过一个由目标基矢|x>＝|j1j2…jn>控制的受控模式门，输出得到最终态。(3)正交编码相干检测：将最终态中的光场逐一进行正交编码相干检测，得到模式状态矩阵:(4)序列遍历读出得到结果：为了读出最后的计算结果，需要基于序列遍历机制得到模式矩阵所表示的叠加态，首先定义一种基于序列轮询的简单序列遍历机制如下：2CN106385286A权利要求书2/2页(1)(2)(n)(2)(3)(n)(1)(n)(1)(n-1)R1＝{λ,λ,…λ},R2＝{λ,λ,…λ,λ｝,…Rn＝{λ,λ,…λ}利用序列的这种排列次序，可以从模式状态矩阵得到对应目标基矢|x>＝|j1j2…jn>相应的系数(5)根据系数得到目标基矢是的系数矩阵，即得到傅里叶变换结果。3.根据权利要求1和2所述的光场并行计算装置及方法，其特征在于，所述的哈德玛德型模式控制门，是指一种将光场|0>模式变换成|0>+|1>，|1>模式变换成|0>-|1>的控制门。4.根据权利要求1和2所述的光场并行计算装置及方法，其特征在于，所述的受控相位门，是指一种由目标基矢|x>＝|j1j2…jn>控制的相位调制器，其相位调制大小由目标基矢的每个位决定，而且只改变光场|1>模式的相位，其结构可以由模式分离器、相位调制器和模式融合器构成。5.根据权利要求1和2所述的光场并行计算装置及方法，其特征在于，所述的受控模式门，是指一种由目标基矢|x>＝|j1j2…jn>控制的模式过滤器，其通过的模式由目标基矢的每个位决定，当ji＝0时只让光场|0