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  • 浅谈光子计算机的应用

    作者:佚名 来源:网络文档 时间:2019-01-07 09:02 阅读:6783 [投稿]
    介绍了光子计算机的概述,研究状况,光子计算机的光器件与光路,光子计算机的特点。

    2.2 光子计算机的研究状况

    光学器件是通过光子的运动进行工作的器件,通过调整光的参数,比如,相位、偏振、振幅、强度或波长,来制造出光子晶体管、光逻辑元件、光子存储器件、光子探测器件、光空间调制器件等功能元器件,如光存储器件―光学双稳器件发展也很迅速,有一种半导体量子阱制成的双稳器件,这是很有可能成为光逻辑和光存储器件的,已经制造了光逻辑运算和存储阵列,它在将有望实现光高速运算。1970年以后,使用非线性阔值特性器件来作逻辑门,使用光双稳器件作存储器,美国南加州大学(University of Southern California)研制的液晶光阀构建了具有组合逻辑结构功能的系统,能够实现各种逻辑运算。通过多国的研究者们的努力,一种能够将光放大和具有光开关功能的光晶体管,先后在赫罗特-瓦特大学(Heriot-Watt University)、京都大学(Kyoto University)还有贝尔实验室制造出来。

    2.3 光子计算机中的光器件与光路

    电子是电子计算机中信息的传输的媒介,计算机的部件相互通信利用内部或外部连线作为信号传输媒介,快信息流在传输时就会产生瓶颈阻塞效应。改用光子来传输信息,就不用考虑瓶颈阻塞效应。光子计算机有可能改变目前电子计算机的两进位制的计算和处理方式,创造出更加丰富的逻辑系统。在光子计算机中,通过光子元件的激光亮度不断增加而又有间隔,形成光脉冲串,在此基础上可以创造出更加丰富的逻辑处理系统。科学家预言,将从光学中产生全能的计算方式,光子互连具有高速度、大的时间带宽和空间带宽等众多优势,光路能够相互交叉通过但互相不受干扰,光互连的方式有自由空间的光互连、光纤和波导互连。根据集成电路的思想,科学家设想将多种光电元器件集中做到在一块芯片上,制造集成光路[7]。随着集成光路的发展,从1970年开始,在光学范畴产生了一个叫做集成光学的新兴学科[8]。这几年通过光通信、光交换、光信息处理技术的发展,已经成功开发了各种各样的光子集成器件。实现了把光存储器、光开关、光源、光波导制做在一块芯片上的整体系统。研究者把偏振器、滤光片、光放大器、光调制器、透镜、棱镜、光栅、光衰减器等这些光学元件组成薄膜造在一块母板上,大大缩小了光路所占据的空间,制成了微集成光路,用来进行光信号高速传输与处理,实现了低功耗、高性能、便捷化、高效率[9]。

    2.4 光子计算机的特点

    把光子作为媒介的光子计算机有这些优势[12]:

    (1)非常快的运算处理速度,因为光子的速度是3×108米/秒,电子的速度远远低于光子速度,光子计算机的运算处理速度将会比电子计算机快1000倍。

    (2)光子器件具有非常宽的时间域带,光波频率大约是电信号频率的104-105倍,以光波为载波,信号带宽就会展宽,可以达到106兆赫兹-107兆赫兹,将拥有非常多的通道数量,而且光脉冲极窄,这样就通过增大数据传输率实现了大量的高速传输。

    (3)光子计算机在空间上的域带宽是非常宽的,信息传输与处理能力非常强;一个光波导中并行传输许多波长各异或偏振态有差的光波,彼此可以不受干扰,功能不同的元器件能够在一个光波导中完成,同时传输多种信息。

    (4)光子计算机的抗干扰效果非常好,因为光路可以交叉互连。

    (5)直接使用光信号进行运算处理,避免了电子计算机将光信号转换成电信号处理然后转换为光信号可能的错误,能够智能识别文字、图像、手势和声音。

    (6)信息容量大,没有时钟歪斜现象,处理精度高,由于光子速度是3×108米/秒,多种互连长度带来的延时差极小,不会引起时钟歪斜。

    (7)具有较强的容错性,光子计算机中单个元件失零,不会影响最后的运算处理。

    (8)能够采用不同进制,运算速度成倍提高。利用光学双稳态元件进行二进制的光计算,利用多稳态光学元件可以进行四进制计算和三进制计算。

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