CN1104650C - 全息神经芯片 - Google Patents

Abstract

此项发明涉及的是一种光电集成电路，这种电路在光路上与全息图相联结。这对光源与探测器或其它光电元件尽可能高的络合度来讲是一种最佳方案。它可以用下述方法获得，从这种电路的某些元件发出的光，通过一个或多个全息图相及有选择的通过附属透镜点反射在电路上，并一次或多次带有一定的光强度反射回来，其光强度取决于全息图相。反射回来的光全部或部分地落在光学元件上。也可以生产一种芯片，使这种结构能在芯片内部多次完成。光源(2)位于它的表层，通过透光的衬底向下照射。全息图相(4)位于芯片反面，可以在衬底的正面产生光源的点反射像(3)。探测器也位于衬底的正面，它可以从下方接收光线。

Description

全息神经芯片

这项发明涉及一种光电集成电路(1)，具有一衬底，通过由其数个光学元件发射出光束，该光束通过其数个光学元件和/或由数个光学元件反射，形成一光图案(2)，该光电集成电路还具有一反射的全息图相，该全息图相可由各种光衍射结构组成，例如反射的二或多级相阵、多层全息图相、厚全息图相或立体全息图相，所述光衍射结构改变投射至其上的波前，使得只通过它、并借助于附加的透镜和/或附加的反射影而产生光点的图像，并且通过幅度、相位、极化或其组合的局部变化产生衍射，其中光图案或其部分由全息图相(4)反射到所述衬底，

我们所熟悉的光电线路，通过运用一个或多个全息图相，将光源和探测器按预定的布置连接在一起，却没有注意到把光源和探测器最佳相互连接。当光源与检测器集成后且他们的大小与间距具有相应于所用光波长的几倍的大小时，这种方法就失败了。在WO8706411中，连接必须通过非常昂贵的波导实现。在US4705344中，连接通过全息图相阵列产生。只有在小孔径时才能使用这种方法，因此当连接数目大时衍射将产生串扰。此外，光束必须两次偏转，一次偏转到相应的全息图相元件，另一次偏转至相应的探测器，这样加重了串扰。在US5170269中，光束甚至以相同的小孔径偏转4次或更多次。在这三个专利中，光强的调制受到干扰。因此必须运用相干光源，并且整个结构对温度非常灵敏，机械方面也很复杂。在所述配置中只对光束进行汇集并偏转至各自的探测器，在相干光情况下在探测器面内存在经受破坏性或非破坏性的干扰的区域。虽然由此可改变局部的光强，根据能量守恒原理，其总和却总是常量，并等于入射部分的光强总和。此外所有光源的光束投向单一的全息图相，并由此以大的角度由光源射出或由探测器接收。因此，这种光装置的孔径非常大，并能获得高分辨率。

本发明的任务是：在衬底上给出光源与探测器的一种最佳布置，以便使这种与全息图相光连结的电路尽可能地高度集成。

本发明提供一种光电集成电路，具有一衬底，通过由其数个发射光的光学元件发射出光束，该光束通过其数个透射光的光学元件和/或由数个反射光的光学元件反射，形成一光图案，所述光学元件设置在所述衬底上，该光电集成电路还具有一反射的全息图相，该全息图相可由各种光衍射结构组成，例如反射的二或多级相阵、多层全息图相、厚全息图相或立体全息图相，所述光衍射结构改变投射至其上的波前，使得只通过它、并借助于附加的透镜和/或附加的反射影而产生光点的图像，并且通过幅度、相位、极化或其组合的局部变化产生衍射，其中光图案或其部分由全息图相反射到所述衬底，其特征在于，所述光图案或其部分通过全息图相进行一级或多级衍射，其中通过全息图相或附加的透镜，光图案点反射地、以由所述全息图相确定的强度多次在所述衬底成像，所述反射回的光图案部分或整个地投影至光学元件，例如光探测器和/或光调制器，以进行由光图案的一或多个点发出的光强的联接。

此项发明也可在一衬底上完成，在衬底上设有激光二极管或发光二极管，光线由二极管向上或向下透过衬底发出。另外在衬底上还可附有与衬底集成的光电调制器，用以调制由全息图相或透镜聚焦的激光束。从衬底向上或向下发出的光分布可通过全息图相和透镜或是只通过全息图相被多次点反射(punktspiegeln)，并相对移动，从上部或下部透过衬底，用预期的强度在衬底表层成像。位于衬底一定的位置上的探测器接收从上部或下部透过衬底的光线。这些光线要通过光学元件多次调制并通过全息图相多次反射。此外，其他功能由位于衬底上的电路完成。

如果用于成像的全息图相和透镜位于衬底的上面或在其内部，人们便可以得到一个更为紧凑的模式。其他连结如下：成像的全息图相和透镜位于一个放置于衬底正面或反面的透光层上或透光层中。不需要的光线可通过遮光板消除。遮光板可通过腐蚀形成于衬底中或固定于衬底的透光层上。另外多个这样的电路可采用夹心三明治的方式连结在一起，全息图相和透镜可使光线从下一个电路平面投射到另一个电路平面。

可调控光源及调制器可以通过在衬底放置的SEED(自动光电效应装置)元件实现，它们的状态可有选择地通过电子方法或投射的光线来改变。

神经网络可如此产生：光线不断地有规律地重复反射到电路上，在每个光点附近可形成其它每一个光点的成像。以矩阵，行，或列的形式的光分布不断地被反射到矩阵，行或列的形式的光探测器组上，从而组成矢量-矩阵-乘法器。

此项发明还将借助以图形描述的例子作进一步解释。

在这项发明中全息图相的概念是指各种类型的光衍射结构，这种结构改变投射光的波前，使得光点只通过这种结构，并借助于附加透镜和/或附加反射镜而成像。通过振幅、  相位、极化，或它们的组合的局部变化产生衍射。特别要提的是：光栅、胶片全息图相、相阵、菲涅耳透镜、多层全息图相、具有一定深度或立体的全息图相可做为一个滤波器或极化器。在这里它只能在一定的波长或极化方向上成像。当一个反射层位于全息图相表层时，它可以起到反射镜作用。除此以外它还可以起到调制作用。也就是讲，它的成份的强度是可以改变的。为此的一种可能性是光电晶体或液晶，其电磁特性依赖电场而改变。借助于电极结构可以产生光衍射结构。计算和生产上述用于成像的全息图相是现有技术。不用透镜时，成像结构由圆形结构组成，使用透镜时，由线形结构组成。

图1画出了一个带三个光源(2)的衬底(1)，它们的光线通过一个反射全息图相重新返射到衬底上，由此产生了光源的点反射图像(3)，它们可具有不同的强度。在图1中光源用黑色表示，而其成像则用不同程度的灰色值，以表示每个成像可具有不同的强度。光源本身也可具有不同的强度。因此在每个图像光斑中都可产生一个光强度，这个光强度取决于相应的光源强度和乘数因子，而乘数因子由全息图相决定。不同的光源和不同成像的光斑重合在一起，由此可以增强成像强度。通过这种特性可以把光线集中在一个探测器中。从而它的整体强度可由加权的光源强度相加。利用这种特性可以使网络具有较高的络合度，如同它在神经网络上一样，在这个例子中网络边缘的权数为正数，并由全息图相给定。除此以外，可用这种方法实现任意的逻辑联结。从n个相同的光源上可产生n个强度相同的点映像，并使n个光源图像投射到一个光探测器中。在这个探测器产生的光强度是与所有光源的光强度之和成比例的。当光源开/关时，便会产生二进制的量值。在探测器设置的一个极限逻辑，当其界限选得很低，在被打开的光源中只有一个光源出现一个“1”时，会产生一个逻辑上的“或”；或当极限选得很高，在打开的所有光源都出现一个“1”时，这里会产生一个逻辑上的“与”。用一个普通电子转换器就可实现任意的逻辑联结。

在图2中绘出了一个带有一个全息图相(4)和一个透镜(5)的衬底(1)，此衬底的表面位于透镜的焦面上。这个透镜可产生一个衬底光源的空间傅里叶变换。在此，全息图相是由重叠产生这样的波前的光栅组成，当光源再次通过透镜进行傅里叶变换后，波前就会与衬底上的图像相符，全息图相也可直接放于透镜之后，以尽可能地减少渐晕效果。

在图3中是一个衬底(1)和一个全息图相(4)，在没有透镜的情况下成像。在这种情况下全息图相由一组在衬底上成像的重叠的衍射透镜组成，这组透镜也可互相作相应的移动。

不断重复的光源成像的优点是：可使用一个孔径较大的镜组。因此，通过衍射效应而产生的成像错误被显著减小。因而这个集成的电路就可以用作衬底。但其缺点是可产生无用的光点。光学连网品质的一个重要因素是空间带宽乘积(Raumbandbreitproduct)，这个比值由图像直径和光点直径之比的平方得出。通过使用较大的孔径，可使光点变得很小。通过使用这一整套透镜***，该***可修改成像错误，图像失真，并具有非球面研磨透镜，将直径为10mm或更大的半导体芯片连网。对于全息图相，可使用双元或多元的相序全息图相。在使用普通和二元全息图相时，须注意，总是形成两个图像。下面将举例说明如何利用这种效应。

在使用半导体激光器二极管时，必须注意，它发射的波长是可变的。在使用一般全息图相时，会导致图像的变化。若使用多层，具有一定的深度或立体的全息图相时，可使波长变化时使图像保持不变。若不使用透镜，全息图相的成像错误可以通过这种措施修正。

在单色平行激光线的情况下，全息图相可使光点产生在衬底上。图4中介绍了一种可使平行的激光射线通过一个全息图相(4)和一个透镜(5)在衬底上聚焦的结构。在光点的位置设有可改变其反射特性的光电元件，如多量子井元件。由此，光线从这个位置反射到全息图相，再从全息图相反射到衬底。全息图相是这样安排的，其中一部分为透射工作，而另一部分为反射工作。由透射部分在衬底上产生光点，由反射部分产生光点的反射图像。

图5介绍的结构是光线从衬底(1)的反面射入。在衬底的后边有一个全息图相(6)和一个透镜(7)。透镜可在衬底上聚焦，焦点处的衬底是可透明的。光电元件位于光点位置，这些元件，如多量子井元件，可更改它的透射特性。由此可产生可控的光源，它的光线如上所述再被继续处理。图4与图5中的模式也可适用于只用衍射透镜组成的全息图相。如果光线被前面的全息图相反射，还存在其它的可能，即光线再次被透射元件调制。如图4中被后面的全息图相反射到衬底上。这样，探测器就必须能在衬底的反面接收光线。在这种结构中，也可以使光经从正面投射过来，两次通过衬底，并被前面的全息图相反射，在此可以使用从前方接收光线的探测器。可以设想光线从前、后两个方向照射的一种结构。通过两次光调制，网缘中的权重可能会变化。

图6介绍的是一种芯片，在其内部可完成多个图3中所示的结构。光源(2)位于其表层，它透过衬底向下照射。全息图相(4)位于芯片反面，它使光源的点映成像(3)产生在衬底的正面。探测器即位于衬底的正面，它从下面接受光线。这种结构的前提条件是衬底是可透光的。通过这种方式便可实现以极限逻辑为基础的逻辑连接，这个极限逻辑也可在神经网络上使用，其图像必须多次产生，以便在探测器中使所有的相应加权的光点一次成像。若需要负的权数，必须两次应用该方法。探测器的测量值再由电路处理，将负值从正值中抽出，并输往比较器中。利用极限逻辑进行所有的逻辑处理。因为一个同样的全息图相可用于多个逻辑元件。芯片正面和反面之间的距离决定了全息图相的大小。如果需要的图像范围很小，并充分地利用芯片的面积，就必须缩短正反面之间的距离，例如这里可以使用腐蚀技术。各个全息图相之间有被腐蚀的隔片，可以防止各个范围之间的串扰。此隔片即可使其正面，也可使其反面被腐蚀。但被腐蚀反面的隔片具有这样的优点，即它不须占用正面用于电路的面积。这种全息图相神经网络芯片也可使用被全息图相聚焦的光线和改变其透射特性的元件，以便产生可控的光源。在这里激光从前面射入，并在透射元件上聚焦，然后射入衬底，并可能通过微衍射镜扩大，其它照射过程的完成，要视光源是否直接位于芯片处。芯片也可以从反面被照射，在此各个范围的配置应与图(4)所示相符。全息图相从反面将光聚焦在位于正面的元件上，这些元件可再次改变其反射特征，并有控制地将光反射一全息图相上。另外还可以使用某些元件，它可使光经调制后，再透射过去。这些经调制的光，将通过全息图相反射到芯片上。在这里光线被探测，或再次透过调制的元件，并被芯片反面的全息图相反射到表层。但也存在其它的可能，如图5所示，光线从后面聚焦于芯片表面，并作有选择的调制后，由全息图相反射到芯片上。在芯片上再次被元件调制，并被芯片反面的全息图相反射到正面，通过两次光调制可形成一个带可变边缘的网络。此外，载有全息图相的透明层可固定在芯片上。芯片可将电路置于背面，全息图相置于正面，用夹心的方式布局，全息图相可将光线传输于各层之间。

图7举例说明了如何利用上述方法建立一个神经网络。图中用圆圈表示光源(2)，探测器(8)用正方形表示，每个光源用一个大写字母表示。它们在探测器上的图像用不同字体的小写字母表示。用于每个光源图像的字体相同。光源在本例中9次在衬底上点映成像。对称中心(9)正位于衬底中央。这些图象例如可以通过一个二元相阵全息图相和一个透镜产生。零序的图像(10)只有一次，并用粗线在其下方标明。其它的所有一次图像(1)与零次图像相对称。在二元相阵的情况下总是产生另一个一次图像。它与另一个一次图像距零次图像的距离相等，只是被沿零次图像的另一方向移动。在这个例子中正需要这种特性。所有的光源光点都位于一个光源附近，这样就能保证每个强度值都可被传送到光源附近。由此可建立一个全面联网的神经网络。权数在本例中以电子的方式计算出来，将得出的数值进行电的相加，并用非线性计算其结果，再传给相应的光源。本例中形成的是一个纯粹的光的联网，可进行局部的模拟计算。也可建立一种数字网络，这里，多个光源和探测器汇集成群，这些群代表数字，在图11中将介绍这样一种光学计算器的数字模式。

图8的模式与图7相类似，只是在图8中进行光学相加。每个小室有8个光源(2)和2个探测器(8)，因而也考虑到了负值的权数。通过在小“a”处的左上角光源A的图像，明显地确定了光源的九次投影。每个小室都有光源，它可属于别的小室(13)，也可属于自己的小室(12)。从而可以传输一个负值和另一个正值。探测器被偏移放置，用于为编号的小室及其相应的符合收集光线。最终结果将由两个探测器相减得出。也存在这种可能性，即图8中的模式与图7的组合起来。乘法与加法都是以光学的方式进行。在这种情况下，光从每个小室发出，如图7所示那样进入小室。在此光学元件取代了探测器，它可改变它的反射特性，从而有控制地反射，如图8所示射入探测器中。在这里，要注意多次引用的符号。

图9中介绍了一种矢量加法器，它把矢量分两步模拟相加。矢量被设在光源(2)旁，每列光源都有一个矢量，矢量通过两步相加，第一步先把部分结果集中于预置的探测器(14)中。因而光源图像(15)三次相对于对称中心(9)，即布局的中心，向左和向右移动一个小室。这种移动是在用小写“a”表示的光源“A”的成像区域里。还有其它的图像(16)，它向左和向右移动6或13个小室，这种移动将部分结果集中到全部结果的探测器中(17)。在第一步中不使用与部分结果探测器相邻的内部光源(18)，否则它的强度就会被其它探测器接收。部分结果以点映的方式出现在部分探测器(14)中，此结果又被传到内部相邻的光源列中。最后最终结果产生在探测器行中，在那里再次进行点映，使结果与矢量一样具有相同的方向。通过两次相加，还可以确保无须使用太多的图像。否则会使光的强度变弱。图10是一个类似的模式。它把光源移动两室为的是防止光重新回到光源(2)。光源移动两室，而光线移动的小室数目为奇数。使它落在一个探测器(8)上，如果使用这种反射元件，可使其具有一定的优点，串扰可以通过小室间的折射效果被减小。在图11中是一个数字式的光学加法器，在这个例子中数字可以4×4大小的光源区(19)出现。在此可以容纳16位长的数字或是由两个4位长的部分结果相乘。这个部分结果是由每个位置上的数字与其它位置上的数字相乘得来的。在中央探测器行(20)中产生强度值，它可通过模数变换器计算出来，然后必须将其相应的各地点的数值相加，以得出最后结果，用这种方法可建立矢量乘法器。

图12绘出了一种光学计算器，用它可以把移项矩阵与矢量相乘。这是这样来进行的：图像不是左右而是上下移动。否则它就与上述的计算器相同了。点映的部分结果产生在预置的探测器(14)，而最终结果再次集中在中央探测器(17)中。在每个小室内的矩阵元素与矢量元素的相乘可在每一小室局部实现也可以部分地用光学方式(图13)相加。这里如图6所示的全息图相位于衬底的背面。这种方法的优点是：它特别适用于神经网络的模型。如果采用反向传输算法，例如，数据矢量就要垂直设立，差值矢量就应水平设立。矢量可通过垂直、水平的导线传到小室中。也可用与上述相似的方法以光学方式进行。在这种情况下每个小室都有相应的探测器，按照学习规则(Lernregel)，还需要数据矢量与差值矢量的外积，用于改变矩阵。这里其结果还是一个矩阵，这个矩阵在局部的小室中被计算出来，并与其相应的矩阵元素相加，在多层网络中，可以将多个这样的布置链接在一起。

图13中绘出的是一种矩阵形式的中间结果，它是由每个位置的数字与其它位置的数字相乘得出的，可以用光学的方法计算得出。按照数字的位数，矩阵形式的中间结果图像错过一个小室，并按对角线覆盖，在图13中已在左下角用一个“a”做为标记来标明了。用模数变换器算出的全部结果出现在中央行或列中。这些数字按其位置以电子方式相加。

下面将解决清除不需要的图像问题。通过使用作为成像装置的全息图相，可以产生对电路的功能无用的光线。图14中绘出了一种光图案，它有两个沿相反方向且沿光轴(24)点映的投影距离相等的光源图像。这个直接的点映成像被称为零次图像，另外两个投影被称为一次图像。其它更高序的图像距零次图像的偏移距离是一次图像的整数倍。但他们在本例中却不是需要的，而且不投影到电路的衬底(1)上。如果使用一个全息图相时，便会出现图中所示的图像。这个投影只衰减通过透镜进行傅立叶变换的光线振幅，例如一个胶片全息图相，或它只改变这个光线的相位，例如一个二元或多元相阵。尤其是当它只能用两种不同的方法对光线进行调制，在使用全息图相时就会出现高序图像。例如全息图相按不同地点对光线进行反射或不反射，或按不同地点对相位进行180°或0°的转动。上面提到的全息图相必须在反面反射，或在其后边放一个反射镜，以便光线可以反射到电路上。除此以外，还存在这种可能性，即用一反射镜实现全息图相。它的反射面须经腐蚀，使其产生一个模板，例如一个光栅，被腐蚀的部分将不被反射。

图15是图14所述的衬底(1)，带一个全息图相(4)和一个透镜(5)。衬底的表面位于透镜的焦面上。此透镜可产生一个衬底光源的空间傅立叶变换，全息图相在此由一个线性光栅组成，它可产生波前，当它再次通过透镜进行傅立叶变换时，此波前会与衬底的图像相符。在本例中不需要的高序图像将不投射到电路上。它们的光线被遮光板挡住，使它们不会落在相邻的电路上。而在本例中的零次图像则投射到电路上。如果光轴不是对称布置，零次图像便会偏离电路。一次图像通过做较大距离的偏移，就可以排除不必要的图像会映射在电路上。它可具有下列效果：其它图像因此会偏移二倍或多倍距离，不会再引起干扰。如果当设立全息图相图时，注意到光线强度，可以使高次图像和其它投射的一次图像重合，不致再产生干扰。另外通过已投影的图像也可以产生不需要的图像。人们可以在光探测器和其它光点处安放吸光材料来消除它们。

如图16所示，极化器可提供另外一种可能性，把不必要的光点过滤掉。在图16中衬底旁有一个光源(2)。它的光线由全息图相(4)多次反射到衬底(1)上，这个全息图相由两个相互垂直的线性光栅组成。在线性光栅前面有两个极化器，他们的极化方向也是相互垂直的。由此可以防止光栅产生光点的光线被其它光栅反射。在零次图像中由极化的两个方向代表，在其它图像中只有相关的一个方向。在图17介绍的模式中用了多个部分全息图相，在它的前面有滤波器，极化器和调制器，以便引导不同波长、不同极化方向的光源发出的光线。并通过调制器接通、切断、加强其联系。这个模式也有缺点：用于部分全息图相的孔径相对小些。与图15相似，波源与检测器的集成密度也不是很高。但如图18所示这个缺点也可以被克服。即把全息图相前后纵向排列。在此，全息图相装置本身也是由滤波器材和偏极化器材组成。这里全息图相依据不同的地点或对光线进行滤波，或使光线无阻挡地透过；或者依据不同地点对光线进行极化，或让光线无阻挡地透过。除此以外，调制器也起到全息图相的作用。人们可以通过使用一个波凯尔单元的分析器作为全息图相来达到这一步。由极化器极化和通过光电晶体沿极化方向调制的光线被这个分析器依据不同地点进行衰减，或让其无阻挡地透过。通过在光电晶体上加设电压可开启、关闭全息图相。另外还有其它方法实现可变的全息图相，即在光电晶体上装置一个格筛式的电极结构和一个电压模板，用光电效应产生不同的全息图相，当然此电极结构本身也会产生全息图相。但这个格筛式结构的本地频率应选得如此的高，以致使它的一次图像无法投射到电路上。这个全息图相-调制器的优点是：可以使多个这样的结构串行排列。

在图19中绘出的是一个矢量加法器。不必要的高序图像将不会投影在电路上。和图9相似，它把矢量分两步相加。首先把电路的两部分即对称中心的左部分和右部分的部分结果汇集到指定的探测器(27)中。对此有两个用“a”做标记的图像向左移动，与此对称，有两个图像向右移动，(这两个图像未做标记)。在零次成像时，点反射将左侧光源(28)的光线向右移，右侧的向左移。用大写“A”做标记的光源将投影到右侧用小写“a”做标记的地点，零次图像投影的地方没有光学元件。在使用胶片全息图相的地方应使用吸光结构，以使从那里不会发现干扰图像。使用二元或多元全息图相也会压制零次图像。通过移动矢量可使它回到出发的一边，但它的各个单元会被交错放置。这个移动相当大，使得二次图像已不能投射在电路上。然后中间结果被汇集到探测器中，最终这些中间结果再被输入到外部光源(29)，然后移动到用“b”做标记的位置，即是汇集到外部探测器行中。如果有零次图像出现，就将运作中的左右两部份按先后次序进行，以使它们不相互影响。最终结果通过在外部探测器行(30)中将两部分中间结果以电子方式相加而产生。

图20是一个相似于图12的光学计算器，并适用于神经网络。在本例中，它的计算在一步内完成，做上、下和左右三次移动。这个移动通过两个线性光栅产生。它们是相互垂直的(图16)并带有相互垂直的极化器。矩阵单元被点映成与矢量相向设置。在单个小室中用于零次图像的区域为吸光区域(31)。每个小室都有一个电子乘法器，电子加法器和存储器。乘法器用于计算外部乘积结果以及矢量单元与矩阵单元的乘积，加法器按学习规则把外乘积与矩阵单元相加。矢量被设置在两个光源行(32)旁，以产生外部乘积。它的各个单元被点反射到相应的探测器中并被推迟接收。把矢量置于两个光源行(32)，并被传到小室中，以形成矢量-矩阵或矢量-透射矩阵乘积。在那里与矢量单元相乘，其结果被输入矩阵光源(33)，通过光学相加，把结果汇集到探测器行(34)中。按此探测器行配置其它光源行。在本例中高序的图像不产生影响，因为它们或与另一个图像的第一次序重叠或没有在电路上投影。这种方法的优点是：可局部地使用反向传输算法的学习规则，而不再需要导线从外部输入各个矩阵单元。此种配置也适用于数字方式，每个单元都通过多个光源表示，按正负数字分开处理就可以计及符号。

图21介绍的是一种矢量乘法器，它可对三位的二进制数字进行处理，而且它不但可将如图13所示的光源(35)中所表示的每个矩阵元件中的逐位相乘的中间结果，而且也可将矩阵单元本身相加。这种模式特别适用于快速的矢量矩阵乘法。如果矩阵已被存储，则可以任何地点一步相乘。相加可以用光学方式完成。在探测器(36)中的结果计算仅适用于结果矢量单元。在此，高序的图像不相互干扰。

在上述所有例子中，通过移动探测器和被调制的组件，可以抵消图像错误。在设计芯片时要注意对此所需的位置。探测器也需要足够大以便能探测整个衍射片，而无干扰现象。这种干扰现象在相干激光单频射线和多个图像相加时会扰乱探测结果。也可使用SEED(自动光电效应装置)元件，它的状态可被光学地改变并存储起来。这里介绍的芯片即可以模拟也可以数字的形式工作，而且不仅仅只适用于二进制数制。

Claims (10)

1.光电集成电路(1)，具有一衬底，通过由其数个发射光的光学元件发射出光束，该光束通过其数个透射光的光学元件和/或由数个反射光的光学元件反射，形成一光图案(2)，所述光学元件设置在所述衬底上，该光电集成电路还具有一反射的全息图相，该全息图相可由各种光衍射结构组成，例如反射的二或多级相阵、多层全息图相、厚全息图相或立体全息图相，所述光衍射结构改变投射至其上的波前，使得只通过它、并借助于附加的透镜和/或附加的反射影而产生光点的图像，并且通过幅度、相位、极化或其组合的局部变化产生衍射，其中光图案或其部分由全息图相(4)反射到所述衬底，其特征在于，所述光图案或其部分通过全息图相进行一级或多级衍射，其中通过全息图相或附加的透镜(5)，光图案点反射地、以由所述全息图相确定的强度多次在所述衬底成像(3)，所述反射回的光图案部分或整个地投影至光学元件，例如光探测器和/或光调制器，以进行由光图案的一或多个点发出的光强的联接。

2.权利要求1所述的光电集成电路，其特征在于，由所述全息图相产生的非所希望的附加图像，或者在电路以外，或者与所希望的图像一起并/或在不存在光学元件的位置成像，从而不发生干扰的光学连接，这里，遮光板和吸光表面设置在衬底中和/或固定于衬底的层中。

3.权利要求1所述的光电集成电路，其特征在于，多个全息图相可与调制器、极化器、滤波器、透镜和/或反射镜并列和/或前后安置，使产生彼此互不影响的光联接。

4.权利要求1所述的光电集成电路，其特征在于，可通过所述全息图相局部改变波前，例如通过电光晶体或液晶，并/或与波长有关，从而成可改变的光连接。

5.权利要求1所述的光电集成电路，其特征在于，在最好是半导体单晶的衬底(1)的前和/或背侧安置有如激光二极管、发光二极管、多量子井元件和/或集成电光调制器的光元件，向上和/或向下穿过所述衬底发射光，投射来的最好是通过全息图相(4，6)和/或透镜(5，7)聚焦的光，通过改变其传输和/或反射特性而进行调制；并且在衬底的一定部位安置有例如光电二极管的探测器，用以接收由上和/或由下通过衬底投射的光，这里可通过元件对光进行多次调制，并通过全息图相进行多次反射。

6.权利要求5所述的光电集成电路，其特征是，构成像的全息图相(4，6)、光学透镜、透镜***或衍射透镜(5，7)安置于衬底表面和/或衬底(1)里；构成像的全息图相(4，6)、光学透镜、透镜***或衍射透镜(5，7)安置于安置在衬底前和/或背侧的透光层中，及/或安置例如通过在衬底和/或固定于衬底的层中进行腐蚀而形成的遮光板。

7.权利要求5或6所述的光电集成电路，其特征是，多个这样的光电电路以夹心三明治的结构方式连接，并且可选择地用全息图相、光学透镜、透镜***或衍射透镜将光由一个电路平面投影到另一个电路平面。

8.权利要求1所述的光电集成电路，其特征是，衬底上安置有通过投射至其上的光可改变其状态的SEED(自电光效应装置)元件。

9.权利要求1所述的光电集成电路，其特征是，规则的光分布重复地反射至电路上，使得在每个光点附近产生另一光点的像。

10.权利要求1所述的光电集成电路，其特征是，矩阵、行和/或列状的光分布重复地反射进一元件或矩阵、行和/或列状的元件组，例如光探测器中。

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