基于逆向设计的模式复用光子集成矢量点积核

光子计算具有利用光场的全部自由度（DOFs）的潜力，包括波长、空间模式、空间位置、相位正交分量和偏振，以实现比数字电子处理器更高水平的计算并行化和可扩展性。虽然使用波长和其他自由度的复用可以容易地集成在具有紧凑面积的硅光子学平台上，但传统的模式分复用（MDM）光子设计对于少数几个空间模式占据的面积也会超过几十到几百微米，这极大地限制了它们的可扩展性。在这里，我们利用逆向设计展示了一个超紧凑的光子计算核，该计算核在 $5 \mu m \times 3 \mu m$ 的标称面积内基于 MDM 相干混合计算矢量点积。我们的点积核在该面积内集成了 2 个模式复用器和 1 个多模相干混合器的功能，并且可应用于各种计算和计算机视觉任务，具有高计算吞吐量密度。我们在制造的核心上实验演示了计算示例，包括复数乘法和使用光流的运动估计。