光学人工神经网络系统

本申请要求在韩国知识产权局于2022年5月24日提交的第10-2022-0063662号韩国专利申请和于2022年12月9日提交的第10-2022-0171151号韩国专利申请的优先权，其公开内容通过引用全部包含于此。

技术领域

本文描述的本公开的实施例涉及人工神经网络，并且更具体地，涉及一种光学人工神经网络系统。

背景技术

卷积人工神经网络是一种用于对象识别和图像分类的多层前馈人工神经网络。卷积人工神经网络被广泛用于需要图像信息处理系统的领域，诸如自主驾驶和物联网。随着无线通信技术的发展，卷积人工神经网络的使用正在兴起甚至更多。因此，随着系统中使用的图像数据量的增加以及图像信息变得越来越复杂，所需的图像信息的吞吐量指数级增长。然而，与信息量的增长相比，现有电子计算机处理图像信息的速度较慢，并且接近极限。特别是，对能量效率增强的需求不断增加。

卷积人工神经网络包括卷积层、池化层、全连接层等，并且通过运算的迭代输出最终计算结果。如今，正在研究一种通过光学地执行作为需要最大量计算的部分之一的卷积层的计算来同时提高计算速度和能量效率的技术。

发明内容

本公开的实施例提供了一种能够被小型化的光学人工神经网络系统。

本公开的实施例提供了一种具有改进的光学特性的光学人工神经网络系统。

根据实施例，一种光学人工神经网络系统包括：光插入单元，接收入射光；第一空间光调制器，对由所述光插入单元接收的所述入射光进行调制以生成具有第一光学图像的第一光；第一光程调节装置，使第一光透射；第二光程调节装置，对穿过第一光程调节装置的第一光进行圆偏振；光傅里叶变换装置，反射经圆偏振的第一光以生成具有第二光学图像的第二光；以及第二空间光调制器，对第二光进行调制以生成具有第三光学图像的第三光。由所述光傅里叶变换装置生成的第二光穿过第二光程调节装置行进到第二空间光调制器，并且由第二空间光调制器生成的第三光穿过第二光程调节装置行进到所述光傅里叶变换装置。所述光傅里叶变换装置反射第三光以生成具有第四光学图像的第四光，并且第一光程调节装置改变第四光的光程。

在实施例中，所述光插入单元包括偏振分束器和四分之一波片，所述偏振分束器朝第一空间光调制器反射所述入射光的第一方向分量，并且所述四分之一波片对由所述偏振分束器反射的所述入射光的第一方向分量进行圆偏振。

在实施例中，第一光程调节装置包括被构造为使透射光的偏振方向旋转45度的法拉第旋转器，并且穿过所述法拉第旋转器的第四光被所述偏振分束器反射。

在实施例中，第一空间光调制器为被构造为垂直反射所述入射光的数字微镜器件。

在实施例中，第一光程调节装置包括：分束器，反射第四光以改变第四光的光程。

在实施例中，第二光程调节装置包括偏振分束器和四分之一波片，并且所述偏振分束器使第一光的第一方向分量透射并反射第一光的第二方向分量。所述四分之一波片对穿过所述偏振分束器的第一光的第一方向分量进行圆偏振。

在实施例中，所述光傅里叶变换装置包括凹面镜。

在实施例中，所述凹面镜和第一空间光调制器之间的距离是考虑到设置在第一光的行进路径上的所述光插入单元、第一光程调节装置和第二光程调节装置中包括的组件的折射率而被确定的，以使得第一光的光程与所述凹面镜的焦距相同。

在实施例中，第二空间光调制器和第二光程调节装置之间的距离是考虑到设置在第二光的行进路径上的第二光程调节装置中的组件的折射率而被确定的，以使得第二光的光程与所述凹面镜的焦距相同。

在实施例中，所述光学人工神经网络系统还包括：成像装置，拾取光程被第一光程调节装置改变的第四光。

在实施例中，所述成像装置和第一光程调节装置之间的距离是考虑到设置在第四光的行进路径上的第一光程调节装置和第二光程调节装置中包括的组件的折射率而被确定的，以使得第四光的光程与所述凹面镜的焦距相同。

根据实施例，一种光学人工神经网络系统包括：光插入单元，接收入射光；第一空间光调制器，对由光插入单元接收的所述入射光进行调制以生成具有第一光学图像的第一光；光傅里叶变换装置，使第一光透射以生成具有第二光学图像的第二光；第二空间光调制器，反射第二光以生成具有第三光学图像的第三光；以及第一四分之一波片，被设置在所述光傅里叶变换装置和第二空间光调制器之间，并且所述光傅里叶变换装置使第三光透射以生成具有第四光学图像的第四光。

在实施例中，所述光插入单元包括偏振分束器和第二四分之一波片。所述偏振分束器朝第一空间光调制器反射所述入射光的第一方向分量，并且第二四分之一波片对由所述偏振分束器反射的所述入射光的第一方向分量进行圆偏振。

在实施例中，第一空间光调制器为被构造为垂直反射所述入射光的数字微镜器件。

在实施例中，所述光傅里叶变换装置包括凸透镜。

在实施例中，所述凸透镜和第一空间光调制器之间的距离是考虑到设置在第一光的行进路径上的光插入单元中包括的组件的折射率而被确定的，以使得第一光的光程与所述凸透镜的焦距相同。

在实施例中，所述凸透镜和第二空间光调制器之间的距离是考虑到设置在第二光的行进路径上的第一四分之一波片的折射率而被确定的，以使得第二光的光程与所述凸透镜的焦距相同。

附图说明

通过参考附图详细描述本公开的实施例，本公开的上述和其他目的和特征将变得显而易见。

图1是示出根据本公开的实施例的光学人工神经网络系统的示图。

图2是示出在图1中第一光如何穿过第一偏振分束器的示图。

图3和图4是示出在图1中第一光如何穿过第一四分之一波片的示图。

图5和图6是示出在图1中第二光如何穿过第一四分之一波片的示图。

图7是示出在图1中第一偏振分束器如何反射第二光的示图。

图8是示出在图1中第一偏振分束器如何反射第三光的示图。

图9是示出在图1中第四光如何穿过第一四分之一波片和第一偏振分束器的示图。

图10是示出根据本公开的实施例的光学人工神经网络系统的示图。

图11是示出根据本公开的实施例的光学人工神经网络系统的示图。

图12和图13是示出在图11中第一光如何穿过偏振旋转器的示图。

图14和图15是示出在图11中第四光如何穿过偏振旋转器的示图。

图16是示出根据本公开的实施例的光学人工神经网络系统的示图。

图17是示出根据本公开的实施例的光学人工神经网络系统的示图。

图18是示出根据本公开的实施例的光学人工神经网络系统的示图。

具体实施方式

说明书中使用的术语仅被提供用于描述具体实施例，而不是限制所要求保护的发明。如这里所使用的，除非在上下文中另有明确说明，否则单数形式“一”和“一个”也意图包括复数形式。如这里所使用的，术语“包括”和/或“包含”表示指定的特征、元件和/或组件的存在，但可被进一步理解为它们不排除一个或更多个其它特征、元件或组件，和/或一个或更多个其它特征、元件或组件的组合的存在或添加。如这里所使用的，术语“第一”、“第二”等用作前面的名词的标签，但不暗示任何类型的顺序(例如，空间、时间、逻辑等)，除非另有明确定义。此外，可在两个或更多个附图中使用相同的参考标号来指代具有相同或相似功能的部件、组件或单元。然而，这种使用是为了简化描述和便于讨论。不意图组件或单元的构造或结构细节在所有实施例中是相同的，或者不意图共同引用的部件/模块是实现本文公开的具体实施例的教导的唯一方式。

除非另有定义，否则本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。

下面，将把本公开的实施例详细且清楚地描述到本领域技术人员容易地实现本公开的程度。

如今，通过使用光学4f系统制造并验证了在卷积人工神经网络的计算速度和能量效率方面优于电子计算机的系统，并且所述人工神经网络的学习精度也与电子计算机的学习精度相同或相似。

然而，在当前光学4f系统的情况下，由于光学元件的尺寸和光学衍射极限，在减小光学4f系统的体积方面存在限制。换句话说，与电子计算机相比，光学4f系统的体积相对较大。因此，极其需要一种用于减小光学4f系统的体积的技术，以将光学人工神经网络应用于使用卷积人工神经网络的自主驾驶、无人机和应用物联网的小型电子装置。

图1是示出根据本公开的实施例的光学人工神经网络系统的示图。图2是示出第一光L1如何穿过图1中的第一偏振分束器PBS1的示图。图3和图4是示出在图1中第一光L1如何穿过第一四分之一波片QWP1的示图。图5和图6是示出在图1中第二光L2如何穿过第一四分之一波片QWP1的示图。

图7是示出在图1中第二光L2如何被第一偏振分束器PBS1反射的示图。图8是示出在图1中第三光L3如何被第一偏振分束器PBS1反射的示图。图9是示出在图1中第四光L4如何穿过第一四分之一波片QWP1和第一偏振分束器PBS1的示图。下面，将参照图1至图9详细描述本公开的光学人工神经网络系统的实施例。

参照图1至图7，本公开的光学人工神经网络系统OANS可包括光插入单元LIU、第一空间光调制器SLM1、第一光程调节装置LMD1、第二光程调节装置LMD2、第二空间光调制器SLM2和成像装置CAM。

光插入单元LIU可被构造为接收入射光IL。输入到光插入单元LIU的入射光可行进到第一空间光调制器SLM1。

第一空间光调制器SLM1可调制入射光IL并且可生成具有第一光学图像的第一光L1。在实施例中，第一空间光调制器SLM1可以是透射式空间光调制器。由于入射光IL在沿着第一方向D1穿过第一空间光调制器SLM1的同时被多个像素调制，因此可生成具有第一光学图像的第一光L1。

第一空间光调制器SLM1可包括液晶显示器(LCD)。第一空间光调制器SLM1可包括多个像素，其中，多个像素中的每个像素包括多个液晶。像素和液晶可根据用户输入被分别控制。

在入射光IL穿过第一空间光调制器SLM1之后生成的第一光L1可沿着第一方向D1行进。由第一空间光调制器SLM1生成的第一光L1可以是未经偏振的光。换句话说，第一光L1可包括与垂直于第一方向D1的第二方向D2相关联的分量和与垂直于第一方向D1和第二方向D2的第三方向D3相关联的分量两者。

第一光程调节装置LMD1、第二光程调节装置LMD2和第一光傅里叶变换装置LFTD1可被设置在第一光L1行进的路径上。第一光L1的至少一部分可穿过第一光程调节装置LMD1和第二光程调节装置LMD2，然后可被第一光傅里叶变换装置LFTD1反射。

第一光程调节装置LMD1可被构造为使第一光L1透射。第一光程调节装置LMD1可被设置在第一空间光调制器SLM1和第一偏振分束器PBS1之间。第一光程调节装置LMD1可包括分束器BS。分束器BS可使第一光L1的至少一部分透射。透射穿过分束器BS的第一光L1可以是未经偏振的光。换句话说，透射穿过分束器BS的第一光L1可包括与第二方向D2相关联的分量和与第三方向D3相关联的分量两者。

第二光程调节装置LMD2可被构造为对穿过第一光程调节装置LMD1的第一光L1进行圆偏振。第二光程调节装置LMD2可被设置在第一光程调节装置LMD1和第一光傅里叶变换装置LFTD1之间。第二光程调节装置LMD2可包括第一偏振分束器和第一四分之一波片。

第一偏振分束器PBS1可仅使入射光的与一个方向相应的分量透射，并且可反射入射光的与垂直于所述一个方向的方向相应的分量。例如，第一光L1可在穿过第一偏振分束器PBS1的同时在一个方向上被线性偏振。

例如，如图2所示，第一偏振分束器PBS1可使第一光L1在第二方向D2上的分量(以下称为“第二方向分量”)和第一光L1在第三方向D3上的分量(以下称为“第三方向分量”)之中的第二方向分量透射并反射第三方向分量。换句话说，第一光L1可在穿过第一偏振分束器PBS1的同时在第二方向D2上被偏振，然后可沿第一方向D1行进。

返回图1，第一四分之一波片QWP1可被设置在第一偏振分束器PBS1和第一光傅里叶变换装置LFTD1之间。穿过第一偏振分束器PBS1的第一光L1(即，经偏振的第一光L1)可在穿过第一四分之一波片QWP1的同时被圆偏振。

例如，如图3和图4所示，第一四分之一波片QWP1可将在第二方向D2上经偏振的第一光L1偏振为圆偏振光。例如，圆偏振光可以是沿顺时针方向或逆时针方向旋转的光。穿过第一四分之一波片QWP1的第一光L1可在偏振方向向顺时针方向或逆时针方向旋转的同时沿第一方向D1行进。

返回图1，第一光傅里叶变换装置LFTD1可通过反射穿过第一四分之一波片QWP1的第一光L1来生成第二光L2。例如，第一光傅里叶变换装置LFTD1可以包括凹面镜。

第一光L1的第一光学图像可在被第一光傅里叶变换装置LFTD1反射的同时被傅里叶变换。例如，第一光傅里叶变换装置LFTD1可反射第一光L1，并且可生成具有通过对第一光学图像进行傅里叶变换而获得的第二光学图像的第二光L2。

第二光L2可沿与第一方向D1相反的方向行进，并且可再次行进到第二光程调节装置LMD2。

例如，如图5和图6所示，由第一光傅里叶变换装置LFTD1反射的第二光L2可以以圆偏振光的形状入射，并且可穿过第一四分之一波片QWP1。经圆偏振的第二光L2可在穿过第一四分之一波片QWP1的同时被线性偏振。穿过第一四分之一波片QWP1的第二光L2可在第三方向D3上被偏振。

如参照图3至图6所述，当经线性偏振的光穿过第一四分之一波片QWP1，被反射，然后再次穿过第一四分之一波片QWP1时，偏振方向可旋转90度。例如，当在第二方向D2上经偏振的第二光L2可穿过第一四分之一波片QWP1，被第一光傅里叶变换装置LFTD1反射，并且再次穿过第一四分之一波片QWP1时，偏振方向可被旋转到第三方向D3上。

例如，如图7所示，因为穿过第一四分之一波片QWP1的第二光L2处于在第三方向D3上被偏振的状态，所以第二光L2可被第一偏振分束器PBS1反射而不穿过第一偏振分束器PBS1。由第一光傅里叶变换装置LFTD1产生的第二光L2可穿过第二光程调节装置LMD2行进到第二空间光调制器SLM2。

返回图1，第二空间光调制器SLM2可被设置为使得被第一偏振分束器PBS1反射的第二光L2垂直入射。

第二空间光调制器SLM2可包括液晶显示器(LCD)。第二空间光调制器SLM2可包括多个像素，其中，多个像素中的每个像素包括多个液晶。像素和液晶可根据用户输入被分别控制。

在实施例中，第二空间光调制器SLM2可以是反射式空间光调制器。第二光L2可在被垂直反射到第二空间光调制器SLM2之后被多个像素调制，因此，可生成第三光学图像。

第二空间光调制器SLM2可通过调制由第一偏振分束器PBS1反射的第二光L2来生成第三光L3，以便具有与将第二光学图像和经傅里叶变换的核函数相乘的结果相应的第三光学图像。

由第二空间光调制器SLM2反射和生成的第三光L3可沿着第二方向D2行进。类似于第二光L2，第三光L3可处于在第三方向D3上被偏振的状态。

由第二空间光调制器SLM2生成的第三光L3可穿过第二光程调节装置LMD2行进到第一光傅里叶变换装置LFTD1。例如，如图8所示，因为由第二空间光调制器SLM2反射的第三光L3处于在第三方向D3上被偏振的状态，所以第三光L3可被第一偏振分束器PBS1反射。被第一偏振分束器PBS1反射的第三光L3可沿着第一方向D1行进。

返回图1，被第一偏振分束器PBS1反射的第三光L3可以在偏振状态下穿过第一四分之一波片QWP1，并且可被第一光傅里叶变换装置LFTD1反射。

第一光傅里叶变换装置LFTD1可通过反射穿过第一四分之一波片QWP1的第三光L3来产生第四光L4。第三光L3的第三光学图像可在被第一光傅里叶变换装置LFTD1反射的同时被傅里叶逆变换。

例如，第一光傅里叶变换装置LFTD1可反射第三光L3，并且可生成具有以第一光学图像的函数和核函数的卷积的形式表示的第四光学图像的第四光L4。

[等式1]

在等式1中，f(x)是第一光学图像的函数，g(x)是核函数，F(x')是经傅里叶变换的第一光学图像的函数，并且G(x')是经傅里叶变换的核函数。

例如，如图9所示，被第一光傅里叶变换装置LFTD1反射的第三光L3可再次穿过第一四分之一波片QWP1并且可行进到第一光程调节装置LMD1。

如参照图3至图6所述，以在第三方向D3上被偏振的状态穿过第一四分之一波片QWP1的第三光L3可被圆偏振，然后可被第一光傅里叶变换装置LFTD1反射，并且可再次穿过第一四分之一波片QWP1，使得偏振方向旋转90度。换句话说，被第一光傅里叶变换装置LFTD1反射的第四光L4可在穿过第一四分之一波片QWP1的同时在第二方向D2上被线性偏振。在第二方向D2上经线性偏振的第四光L4可穿过第一偏振分束器PBS1。

返回图1，穿过第一偏振分束器PBS1的第四光L4的至少一部分可被第一光程调节装置LMD1的分束器BS反射。

成像装置CAM可被设置为在第二方向D2上与第一光程调节装置LMD1间隔开。成像装置CAM可接收被分束器BS反射的第四光L4。

成像装置CAM可将第四光L4转换为电信号。这样，可以获得关于与第一光学图像的函数和核函数的卷积相应的第四光L4的光学图像的电信息。

在实施例中，第一光L1的在第一空间光调制器SLM1和第一光傅里叶变换装置LFTD1之间行进的光程可与第一光傅里叶变换装置LFTD1的焦距相同。例如，可考虑到设置在第一光L1的行进路径上的第一光程调节装置LMD1(例如，分束器BS)和第二光程调节装置LMD2(例如，第一偏振分束器PBS1和第一四分之一波片QWP1)的折射率而来确定第一光傅里叶变换装置LFTD1和第一空间光调制器SLM1之间的距离W1，以使得第一光L1的所述光程与第一光傅里叶变换装置LFTD1的凹面镜的焦距相同。

在实施例中，第二光L2的在第一光傅里叶变换装置LFTD1和第二空间光调制器SLM2之间行进的光程可与第一光傅里叶变换装置LFTD1的焦距相同。例如，可考虑到设置在第二光L2的行进路径上的第二光程调节装置LMD2(例如，第一四分之一波片QWP1和第一偏振分束器PBS1)的折射率来确定第二空间光调制器SLM2和第二光程调节装置LMD2之间的距离W2，以使得第二光L2的所述光程与第一光傅里叶变换装置LFTD1的焦距相同。

在实施例中，第四光L4的在第一光傅里叶变换装置LFTD1和成像装置CAM之间行进的光程可与第一光傅里叶变换装置LFTD1的焦距相同。例如，可考虑到设置在第四光L4的行进路径上的第一光程调节装置LMD1和第二光程调节装置LMD2的折射率来确定成像装置CAM和第一光程调节装置LMD1之间的距离W3，以使得第四光L4的所述光程与第一光傅里叶变换装置LFTD1的焦距相同。

根据本公开的实施例，可以提供一种水平长度被缩短的4f光学人工神经网络系统。由于根据本公开的光学人工神经网络系统被小型化，因此可以改善移动和保管便利。

根据本公开的实施例，可以通过使用第一光傅里叶变换装置LFTD1来实现4f光学人工神经网络系统。这样，根据本公开，可以改善当光学部件的数量增加时能够发生的光失调和像差。

图10是示出根据本公开的实施例的光学人工神经网络系统的示图。下面，将详细描述与参照图1至图9描述的实施例的不同之处。

参照图10，光学人工神经网络系统OANS可用第三空间光调制器SLM3代替第一空间光调制器SLM1，并且光插入单元LIU还可包括第二偏振分束器PBS2和第二四分之一波片QWP2。

类似于第二空间光调制器SLM2，第三空间光调制器SLM3可以是反射式空间光调制器。

光插入单元LIU还可包括第二偏振分束器PBS2和第二四分之一波片QWP2。第二偏振分束器PBS2可被设置在第一光程调节装置LMD1和第三空间光调制器SLM3之间。第二四分之一波片QWP2可被设置在第二偏振分束器PBS2和第三空间光调制器SLM3之间。

在光插入单元LIU中，入射光IL可被输入到第二偏振分束器PBS2，并且被第二偏振分束器PBS2反射的入射光IL可穿过第二四分之一波片QWP2垂直入射到第三空间光调制器SLM3上。

第二偏振分束器PBS2的偏振光轴可与第一偏振分束器PBS1的偏振光轴具有相同的方向。换句话说，偏振光轴可被布置为使得第二偏振分束器PBS2使在第一方向D1上行进的光的第二方向分量透射并反射第三方向分量的光。第一光L1的第三方向分量可被第二偏振分束器PBS2反射，并且可朝向第二四分之一波片QWP2行进。

第二四分之一波片QWP2的偏振光轴可与第一四分之一波片QWP1的偏振光轴具有相同的方向。换句话说，当在第三方向D3上经偏振的光穿过第二四分之一波片QWP2时，光可以在顺时针方向或逆时针方向上被圆偏振。

可在穿过第二四分之一波片QWP2的入射光IL被第三空间光调制器SLM3垂直反射的同时生成具有第一光学图像的第一光L1。第一光L1可沿着第一方向D1行进。

被第三空间光调制器SLM3反射的第一光L1可在圆偏振态下穿过第二四分之一波片QWP2。经圆偏振的第一光L1可在穿过第二四分之一波片QWP2的同时在第二方向D2上被偏振。在第二方向D2上经偏振的第一光L1可穿过第二偏振分束器PBS2。在穿过第二偏振分束器PBS2的第一光L1到达成像装置CAM的过程中，第二光L2至第四光L4的光程可与参照图1至图9描述的光程基本相同。

在实施例中，第一光L1的在第三空间光调制器SLM3和第一光傅里叶变换装置LFTD1之间行进的光程可与第一光傅里叶变换装置LFTD1的焦距相同。例如，可考虑到设置在第一光L1的行进路径上的光插入单元LIU(例如，第二偏振分束器PBS2和第二四分之一波片QWP2)、第一光程调节装置LMD1和第二光程调节装置LMD2的折射率来确定第一光傅里叶变换装置LFTD1和第三空间光调制器SLM3之间的距离W4，以使得第一光L1的所述光程与第一光傅里叶变换装置LFTD1的焦距相同。

图11是示出根据本公开的实施例的光学人工神经网络系统的示图。图12和图13是示出在图11中第一光L1如何穿过偏振旋转器FRT的示图。图14和图15是示出在图11中第四光L4如何穿过偏振旋转器FRT的示图。下面，将详细描述与参照图10描述的实施例的不同之处。

与图10的光学人工神经网络系统OANS不同，图11所示的光学人工神经网络系统OANS还可包括偏振旋转器FRT，并且可不包括第一光程调节装置LMD1。在这种情况下，第二光程调节装置LMD2还可以包括偏振旋转器FRT(例如，可以集成图10的光插入单元LIU和第一光程调节装置LMD1)。

偏振旋转器FRT可被设置在第一偏振分束器PBS1和第二偏振分束器PBS2之间。成像装置CAM可被设置为与第二偏振分束器PBS2沿第二方向D2间隔开。

偏振旋转器FRT可包括法拉第旋转器。偏振旋转器FRT可使穿过其中的光沿顺时针方向或逆时针方向旋转45度。

参照图12和图13，当沿第一方向D1穿过偏振旋转器FRT的光在第二方向D2上被线性偏振时，所述光可在穿过偏振旋转器FRT的同时被旋转45度。

第一偏振分束器PBS1的偏振光轴可被布置为围绕第二偏振分束器PBS2的偏振光轴旋转45度。在穿过偏振旋转器FRT的同时偏振方向被旋转45度的第一光L1可穿过第一偏振分束器PBS1。

第一光L1至第三光L3的路径可与参照图10描述的路径基本相同。第四光L4可被第一光傅里叶变换装置LFTD1反射，然后可穿过第一四分之一波片QWP1和第一偏振分束器PBS1。

被第一光傅里叶变换装置LFTD1反射的第四光L4可以以围绕第二方向D2旋转45度的偏振状态穿过第一偏振分束器PBS1。

参照图14和图15，当第四光L4被第一光傅里叶变换装置LFTD1反射并穿过偏振旋转器FRT时，第四光L4的偏振方向可旋转45度，以便被在第三方向D3上被偏振。

在第三方向D3上经偏振的第四光L4可以被第二偏振分束器PBS2反射并且可以朝向成像装置CAM行进。

在实施例中，第一光L1的在第三空间光调制器SLM3和第一光傅里叶变换装置LFTD1之间行进的光程可与第一光傅里叶变换装置LFTD1的焦距相同。例如，可考虑到设置在第一光L1的行进路径上的光插入单元LIU和第二光程调节装置LMD2(例如，偏振旋转器FRT、第一偏振分束器PBS1和第一四分之一波片QWP1)的折射率来确定第一光傅里叶变换装置LFTD1和第三空间光调制器SLM3之间的距离W5，以使得第一光L1的所述光程与第一光傅里叶变换装置LFTD1的焦距相同。

在实施例中，第四光L4的在第一光傅里叶变换装置LFTD1和成像装置CAM之间行进的光程可与第一光傅里叶变换装置LFTD1的焦距相同。例如，可考虑到设置在第四光L4的行进路径上的第一四分之一波片QWP1、第一偏振分束器PBS1、偏振旋转器FRT和第二偏振分束器PBS2的折射率来确定成像装置CAM与光插入单元LIU的第二偏振分束器PBS2之间的距离W6，以使得第四光L4的光程与第一光傅里叶变换装置LFTD1的焦距相同。

在实施例中，与图10的实施例不同，因为不使用分束器，所以可以提高光的效能。

图16是示出根据本公开的实施例的光学人工神经网络系统的示图。下面，将详细描述与参照图1至图9描述的实施例的不同之处。

参照图16，光学人工神经网络系统OANS可以用数字微镜器件DMD代替第一空间光调制器SLM1。数字微镜器件DMD可以是反射式空间光调制器。数字微镜器件DMD可沿垂直方向(即，第一方向D1)反射沿任意方向输入到数字微镜器件DMD的入射光IL。

当入射光IL穿过光插入单元LIU入射到数字微镜器件DMD上并被数字微镜器件DMD垂直反射时，可生成具有第一光学图像的第一光L1。第一光L1可沿着第一方向D1行进。

第一光L1至第四光L4的路径可以与参照图1至图9描述的路径基本相同。

图17是示出根据本公开的实施例的光学人工神经网络系统的示图。下面，将详细描述与参照图10描述的实施例的不同之处。

与图10的光学人工神经网络系统OANS不同，图17所示的光学人工神经网络系统OANS还可包括第二光傅里叶变换装置LFTD2，并且可以不包括第一偏振分束器PBS1和分束器BS。

第二空间光调制器SLM2和第三空间光调制器SLM3可被设置为彼此面对。第二四分之一波片QWP2、第二偏振分束器PBS2、第二光傅里叶变换装置LFTD2和第一四分之一波片QWP1可以沿着第一方向D1被顺序地设置在第二空间光调制器SLM2和第三空间光调制器SLM3之间。第二光傅里叶变换装置LFTD2可以包括凸透镜。

在入射光IL的第三方向分量被第二偏振分束器PBS2反射并且入射光IL在穿过第二四分之一波片QWP2的同时被圆偏振的状态下，入射光IL可被第三空间光调制器SLM3反射。类似于第二空间光调制器SLM2，第三空间光调制器SLM3可以是反射式空间光调制器。

可在穿过第二四分之一波片QWP2的入射光IL被第三空间光调制器SLM3垂直反射的同时生成具有第一光学图像的第一光L1。随着第一光L1在被圆偏振态下穿过第二四分之一波片QWP2的同时在第二方向D2上被偏振，第一光L1可沿着第一方向D1行进。

第一光L1的第一光学图像可在穿过第二光傅里叶变换装置LFTD2的同时被傅里叶变换。例如，第二光傅里叶变换装置LFTD2可在使第一光L1透射的同时生成具有通过对第一光学图像进行傅里叶变换而获得的第二光学图像的第五光L5。

在第二方向D2上经偏振的第五光L5可在穿过第一四分之一波片QWP1的同时在顺时针方向或逆时针方向上被圆偏振。当穿过第一四分之一波片QWP1的第五光L5被第二空间光调制器SLM2垂直反射时，可生成第六光L6。

第二空间光调制器SLM2可以通过对第五光L5进行调制来生成第六光L6，以便具有与将第二光学图像和经傅里叶变换的核函数相乘在一起的结果相应的第三光学图像。

在第六光在圆偏振状态下再次穿过第一四分之一波片QWP1的同时，第六光L6可在第三方向D3上被线性偏振。

第六光L6的第三光学图像可在穿过第二光傅里叶变换装置LFTD2的同时被傅里叶逆变换。例如，第二光傅里叶变换装置LFTD2可在使第六光L6透射的同时生成具有通过对第三光学图像进行傅里叶变换而获得的第四光学图像的第七光L7

例如，第二光傅里叶变换装置LFTD2可使第六光L6透射并且可生成具有以如由上面的等式1表示的第一光学图像的函数和核函数的卷积的形式表示的第四光学图像的第七光L7。

因为第七光L7处于在第三方向D3上经偏振的状态，所以第七光L7可被第二偏振分束器PBS2反射。

成像装置CAM可被设置为与第二偏振分束器PBS2在第二方向D2上间隔开。成像装置CAM可接收由第二偏振分束器PBS2反射的第七光L7。

在实施例中，第一光L1的在第三空间光调制器SLM3和第二光傅里叶变换装置LFTD2之间行进的光程可与第二光傅里叶变换装置LFTD2的焦距相同。例如，可考虑到设置在第一光L1的行进路径上的第二四分之一波片QWP2和第二偏振分束器PBS2的折射率来确定第二光傅里叶变换装置LFTD2和第三空间光调制器SLM3之间的距离W7，以使得第一光L1的所述光程与第二光傅里叶变换装置LFTD2的焦距相同。

在实施例中，第五光L5的在第二光傅里叶变换装置LFTD2和第二空间光调制器SLM2之间行进的光程可与第二光傅里叶变换装置LFTD2的焦距相同。例如，可考虑到设置在第五光L5的行进路径上的第一四分之一波片QWP1的折射率来确定第二空间光调制器SLM2和第二光傅里叶变换装置LFTD2之间的距离W8，以使得第五光L5的所述光程与第二光傅里叶变换装置LFTD2的焦距相同。

在实施例中，第七光L7的在第二光傅里叶变换装置LFTD2和成像装置CAM之间行进的光程可与第二光傅里叶变换装置LFTD2的焦距相同。例如，可考虑到设置在第七光L7的行进路径上的第二偏振分束器PBS2的折射率来确定成像装置CAM和第二偏振分束器PBS2之间的距离W9，以使得第七光L7的所述光程与第二光傅里叶变换装置LFTD2的焦距相同。

图18是示出根据本公开的实施例的光学人工神经网络系统的示图。下面，将详细描述与参照图17描述的实施例的不同之处。

参照图18，光学人工神经网络系统OANS可以用数字微镜器件DMD代替第三空间光调制器SLM3。数字微镜器件DMD可以是反射式空间光调制器。数字微镜器件DMD可沿垂直方向(即，第一方向D1)反射在任意方向上输入到数字微镜器件DMD的入射光IL。

当入射光IL穿过光插入单元LIU入射到数字微镜器件DMD上并被数字微镜器件DMD垂直反射时，可生成具有第一光学图像的第一光L1。第一光L1可沿着第一方向D1行进。

第一光L1、第五光L5、第六光L6和第七光L7的路径可与参照图17描述的路径基本相同。

本公开提供了一种小型化光学人工神经网络系统。

本公开提供了一种具有改进的光学特性的光学人工神经网络系统。

虽然已经参照本公开的实施例描述了本公开，但是对于本领域普通技术人员将显而易见的是，在不脱离如所附权利要求中阐述的本公开的精神和范围的情况下，可以对其进行各种改变和修改。