随着信息时代的到来,电子系统计算量需求快速增长,在性能上面临一些挑战。光计算凭借其在模拟信号处理中的优势以及无延迟、超高速、低功耗、并行运算的特性,弥补了电学运算的劣势,在高速微波信号处理、神经网络中的运算加速器、矩阵矢量积运算等领域得到广泛应用。此外,集成光子学的蓬勃发展,为片上光计算提供了硬件条件;同时借鉴可编程电路的思想,大规模可编程光计算网络的概念被提出。可重构光计算芯片作为一种通用的光学资源分配硬件,通过编程实现不同功能的重构,可以在一个结构中满足多种光学计算的需求,成为了目前光计算领域的研究热点。尽管可重构光计算芯片领域得到了快速发展和长足进步,但仍然面临一些问题与挑战。首先,该领域对于可重构、可扩展的光子拓扑网络芯片研究不够充分,如何利用大规模光子拓扑网络构建可重构的大带宽光子模拟运算是一个关键挑战;其次,现有光计算网络中系统流程控制能力差,有限的光计算网络只能处理有限的光数据,对网络计算能力扩展的研究仍有欠缺;最后,大规模光子网络的自动化重构能力差,大多方案仍依赖于网络内部的监控和人工校准。本文针对上述问题,从网络拓扑结构、网络计算扩展和智能化自配置算法三个角度,对硅基可重构模拟光计算芯片进行了理论分析和实验验证。本文内容主要包括:（1）介绍了集成可重构光计算领域的发展动态,特别介绍了模拟光计算和线性矩阵光计算领域的研究背景与研究意义。回顾了上述领域的国内外研究进展,指出目前面临的挑战和机遇。（2）采用传输矩阵法,对硅基微环和马赫曾德尔干涉仪（Mach-Zehnder interferometer,MZI）的原理进行了详尽的理论分析。介绍了几种硅基器件的调谐方式,包括热调、电调和光机械力调制。最后介绍了硅基芯片的制备和测试方法。（3）提出了基于幅相二维调节的微环构建可重构光谱整形器的方案,采用16个微环的级联实现了固定回路可重构光信号处理器,并实验验证了分数阶连续可调微分器和光波长选择开关的应用。然后,针对传统光谱整形器在重构能力和带宽方面的局限性,设计制作了基于四边形拓扑网络的可重构模拟光信号运算芯片,并通过调控拓扑网络的光子路由参数,实现微分、希尔伯特、积分等三种模拟运算功能的切换和运算阶数调谐;通过改良网络结构,使信号处理带宽达到40 GHz。（4）针对光计算网络中网络计算能力无法扩展的问题,利用前述的幅度相位二维调控微环实现显式光学矩阵计算,设计并制作了基于片上微环阵列的4×4通用光学矩阵运算器。该方案通过平衡探测实现传递矩阵从非负数域到全实数域矩阵的扩展;又通过电学流程控制实现矩阵运算的全实数域扩展、全复数域扩展、矩阵分块扩展和卷积运算扩展,将4×4实数域矩阵变换核扩展为16×16全复数域矩阵变换核。实验验证了芯片在信号处理（沃尔什-哈达玛变换,离散余弦变换和离散傅里叶）和图像处理（锐化、模糊、边缘提取）中的应用。（5）针对光计算网络中自动化重构能力差的问题,设计并制作了基于梯度下降算法的智能化通用光学线性矩阵计算器芯片,通过20个MZI、48个热光移相器构建了一个基于酉变换的任意矩阵传输网络。该方案的特点在于将芯片视为“黑盒子”,以梯度下降算法为原则,通过外置端口进行矩阵训练,芯片可以实现基于电学控制信号的自主配置。本文在矩阵运算中,实现了三种基本矩阵方程的验证,并在光学器件上实现了谷歌Page Rank算法的验证。而在模拟光信号处理中,本文实现了可调的多通道光开关、两种不同的多输入多输出（Multiple input multiple output,MIMO）解扰器应用以及可调光学滤波器应用。