相干光双DMD矢量矩阵乘法器

论文摘要

并行光计算具备高速度、大容量、高度灵活性和可扩展等特征,代表了计算技术的发展方向。光学矢量—矩阵乘法器是可实现并行光计算的一种典型光学结构,能够完成矢量与二维矩阵的乘法操作,在光计算领域有着广泛的应用前景。论文在深入分析数字微镜器件（DMD,Digital Micro-mirror Devices）工作原理、微结构及光学特性的基础上,结合光学设计原理,设计和构建了基于双DMD的光学矢量—矩阵乘法器,并对乘法器的光学特性及运算实现进行了分析,在相干光条件下实现了矢量与矩阵的乘法操作。论文主要包括以下内容:1.深入分析了DMD的工作原理和微结构,并对其相干光学特性进行了理论和实验分析,对系统在相干光照射的情况下衍射干涉问题的来源以及它所造成的影响的规律进行分析,获得了以DMD作为空间光调制器对相干光进行平面调制时,光学结构设计及光学编码设计的依据。2.通过对传统的光学矢量—矩阵乘法器进行改进,设计了基于两个DMD的光学矢量—矩阵乘法器光学结构,并对乘法器的乘法运算实现过程及乘法数学运算进行了理论分析和数值模拟,获得了较好的结果。3.着重对DMD芯片的光学编码方式进行分析研究,结合降低衍射干涉影响的方法进行实验设计,并对系统的部分光学特性进行计算机模拟,确定了较好的DMD光学编码方式。4.利用激光器、DMD及光电探测器件等元器件搭建了双DMD光学矢量—矩阵乘法器实验系统,在此基础上分析系统的实验参数及光学性能,进行了系统可靠性和稳定性的分析,以及相干光对系统的影响分析。5.对双DMD光学矢量—矩阵乘法器的理论分析和实验结果进行讨论,提出改进方案,并对乘法器的小型一体化设计提出建议。论文的研究结果对于光学矢量—矩阵乘法器的进一步研究,探讨其小型实用化的方法具有很好的推动作用,进而对并行光计算技术的发展具有一定的积极意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 背景
• 1.2 研究光学矢量—矩阵乘法器的意义
• 1.3 课题主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 关键器件及性能
• 2.1 数字微镜器件
• 2.1.1 DMD 的基本结构及工作原理
• 2.1.2 DMD 的光调制特性
• 2.1.3 DMD 的主要特性参数
• 2.2 光电探测器件
• 2.3 其它主要器件
• 2.4 本章小结
• 第三章 双DMD 光学矢量—矩阵乘法器的设计
• 3.1 矢量—矩阵乘法器的光学实现
• 3.1.1 光学方法实现运算的原理
• 3.1.2 光学矢量—矩阵乘法器的一般结构原理
• 3.2 双DMD 光学矢量—矩阵乘法器系统
• 3.2.1 双DMD 光学矢量—矩阵乘法器系统的基本结构
• 3.2.2 双DMD 光学矢量—矩阵乘法器系统工作原理
• 3.3 DMD 的光学编码设计
• 3.3.1 DMD 微结构衍射光学特性
• 3.3.2 DMD 的编码方式分析
• 3.3.3 DMD 编码软件模拟分析
• 3.4 双DMD 光学矢量—矩阵乘法器系统理论分析与模拟
• 3.4.1 乘法器系统中矢量与矩阵信息的模拟
• 3.4.2 乘法器系统的理论模型与模拟
• 3.5 本章小结
• 第四章 双DMD 光学矢量—矩阵乘法器系统的特性分析
• 4.1 相干光双DMD 矢量—矩阵乘法器实验
• 4.2 相干光双DMD 矢量—矩阵乘法系统的运算实验
• 4.3 系统的性能及误差分析
• 4.3.1 双DMD 矢量—矩阵乘法器的实验数值分析
• 4.3.2 双DMD 矢量—矩阵乘法器的实验误差分析
• 4.4 双DMD 矢量—矩阵乘法器系统的改进
• 4.5 本章小结
• 第五章 结束语
• 5.1 本文完成的主要工作
• 5.2 对未来的展望
• 致谢
• 作者在学期间取得的学术成果
• 参考文献