在如今大数据的时代,社会对计算力的要求越来越高。由于晶体管散热问题以及电计算的带宽瓶颈,传统电计算机的计算速度和计算能力难以进一步提升,“摩尔定律”正在逐步失效。光计算是一种利用光子进行计算的技术。相比于电计算带宽不足、并行性差的特点,光天生具有高带宽、并行性、高速的特点,光学计算机无论是在通用计算或是专用计算上面都有着普通电计算机难以匹敌的优势。光计算是未来异构计算的一条可行之路,灵活而简单的光计算系统的构建将极大地推动计算技术的发展。矩阵计算是科学计算的基础,大部分科学计算的问题都可以转换成矩阵计算的问题。而向量和矩阵乘法则是矩阵和矩阵乘法的基础。传统的cpu擅长处理逻辑控制的任务却不适合处理矩阵计算这种适合并行的任务。光天生具有可并行的特点,所以更适合进行矩阵计算。光矩阵计算的问题在于如何简单高效地实现光向量和矩阵的乘法以及如何进一步实现完整的矩阵和矩阵的乘法。传统的光矩阵计算方案使用空间光调制的技术,它容易受到扰动和噪声的影响这限制了方案的实用性。为了简单高效地实现光向量和矩阵的乘法以及实现完整的矩阵和矩阵的乘法,本论文的主要工作如下:(1)本论文设计了一个光循环移频计算系统,它可以在时间域上实现光上的向量与矩阵乘法,避免了空间光调制对微扰敏感的问题。本文用向量和矩阵乘法来计算31位m序列自相关。理论上m序列的自相关序列波形是周期性的脉冲。实验得到的自相关序列波形是一个周期为400.6ns的脉冲,而光纤环的往返时间是400.092ns,周期上的误差是0.127%,实验测得单个脉冲码元的脉宽为12.88ns,码元的理论脉宽Δτ是12.9062ns,单个码元脉宽的误差测得为0.2%。这套系统可以实现专用的光向量和矩阵乘法器,为光异构计算发展提供了新的思路。(2)为了加速光向量与矩阵的乘法计算,本论文又对这套系统进行了改进,把31位m序列加载在5个不同初始载波上,m序列自相关的仿真计算加速了约4.4倍。进一步完善了光向量和矩阵乘法器,增强了这套光计算系统的实用性。(3)为了在时间域实现完整的矩阵和矩阵的乘法,本文继续改进了这套光计算系统,通过多波长复用和解复用的方式使得其可以实现完整的矩阵和矩阵的乘法。本文随机生成了维度为3*8的矩阵X和维度为8*10的矩阵M,乘法结果是V矩阵。将仿真得到的V矩阵和理论上的V矩阵各自展平归一化成2个序列,用这2个序列差值的标准差来衡量矩阵的误差,最后计算出标准差值为0.050613。这说明系统可以很好地计算矩阵和矩阵的乘法,增强了这套光计算系统的泛用性。