案例分享 | 使用PhotoCAD實(shí)現(xiàn)基于馬赫曾德干涉儀的光學(xué)卷積矩陣單元

逍遙設(shè)計(jì)自動(dòng)化

引言：了解設(shè)計(jì)目標(biāo)
( Z" `$ z' `2 G0 l; n( D4 [. @PhotoCAD為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的光電子集成線路提供了容易上手的平臺(tái)。本文重點(diǎn)介紹如何創(chuàng)建基于馬赫曾德干涉儀(MZI)的光學(xué)卷積矩陣單元，通過PhotoCAD的Python3環(huán)境逐步說明實(shí)現(xiàn)過程。最終設(shè)計(jì)將包含多個(gè)按矩陣配置排列的MZI單元，用于光信號(hào)處理[1]。

圖1：?jiǎn)蝹�(gè)MZI單元的詳細(xì)版圖，展示了在PhotoCAD中實(shí)現(xiàn)的波導(dǎo)布線和端口連接。

構(gòu)建基礎(chǔ)MZI單元
0 j5 j1 v! w" @! S% q第一步涉及在PhotoCAD中創(chuàng)建基本MZI結(jié)構(gòu)：

定義光波導(dǎo)參數(shù)

放置定向耦合器

連接波導(dǎo)臂

添加相移器

定義電接觸點(diǎn)

設(shè)置光學(xué)輸入/輸出端口
* S/ G: {* F# p! p, u[/ol]
9 N" Y4 N, O: H0 m) A/ F
8 t% M; l- E$ ?* b, I% [圖2：基礎(chǔ)MZI單元在PhotoCAD中的版圖顯示了光學(xué)端口(op_0至op_3)和電氣端口(ep_0至ep_3)。這是設(shè)計(jì)的基本構(gòu)建模塊。
) ?- w1 ^6 a( e# J
創(chuàng)建矩陣單元結(jié)構(gòu)
8 V& Z: i+ ]3 G% U* Z% A在建立基本MZI單元后，擴(kuò)展創(chuàng)建矩陣結(jié)構(gòu)：

按所需配置復(fù)制MZI單元

定義互連波導(dǎo)

在必要位置實(shí)現(xiàn)光學(xué)交叉

優(yōu)化波導(dǎo)布線以減少損耗
[/ol]

圖3：完整矩陣單元版圖，顯示了在PhotoCAD中九個(gè)互連MZI組件的排列。

- m+ y% }$ G! ^" X4 ~實(shí)現(xiàn)光學(xué)輸入/輸出
設(shè)計(jì)需要適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)輸入/輸出接口：

環(huán)形放置光柵耦合器(GC)

戰(zhàn)略性放置光電探測(cè)器(PD)

布線波導(dǎo)連接GC和PD到矩陣

優(yōu)化彎曲半徑以減少光學(xué)損耗
[/ol]
" |( \5 H' k# a0 h, c2 r
圖4：在PhotoCAD中實(shí)現(xiàn)的最終版圖，顯示了光柵耦合器和光電探測(cè)器圍繞矩陣單元的放置。
) f, }' N  }! v) Q8 @
添加電氣連接
電氣布線層對(duì)控制MZI單元具有重要作用：

在便于接入的位置放置接合墊

布線陰極金屬走線

實(shí)現(xiàn)陽極布線層

確保金屬走線間適當(dāng)間隙
2 f& V) V7 ^4 \[/ol]
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圖5：完整電路布線版圖，顯示了接合墊放置位置以及陰極和陽極金屬走線布線。*

設(shè)計(jì)驗(yàn)證和測(cè)試
PhotoCAD支持全面的設(shè)計(jì)驗(yàn)證：

運(yùn)行設(shè)計(jì)規(guī)則檢查(DRC)

驗(yàn)證光路長(zhǎng)度

檢查電氣連接性

確保適當(dāng)?shù)膶盈B加

4 `7 U6 B0 ?6 y% t) o6 D  r8 w  F- ^實(shí)用實(shí)現(xiàn)技巧
在PhotoCAD中成功實(shí)現(xiàn)的要點(diǎn)：

使用Python腳本處理重復(fù)結(jié)構(gòu)

保持一致的命名規(guī)范

創(chuàng)建層次化單元結(jié)構(gòu)

記錄參數(shù)設(shè)置

使用版本控制進(jìn)行設(shè)計(jì)迭代

高級(jí)功能和優(yōu)化
" i4 \* a% d5 p& f4 ^& ePhotoCAD提供多種優(yōu)化設(shè)計(jì)的功能：
# ]6 x+ C& K" J$ A, w; U7 K

自動(dòng)波導(dǎo)布線

參數(shù)掃描能力

與仿真工具集成

版圖與原理圖驗(yàn)證

) t/ f2 d9 H  J0 B7 d' ^5 l! W與PIC Studio流程集成
設(shè)計(jì)過程利用PIC Studio集成環(huán)境的優(yōu)勢(shì)：

使用pLogic進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)

使用PhotoCAD進(jìn)行版圖實(shí)現(xiàn)

利用pSim Plus進(jìn)行線路仿真

執(zhí)行系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證
, ?5 x3 I5 z. V9 K% I; }( A

: q; e4 G; t3 o% u4 ~0 ^1 a# y圖6：PIC Studio流程
% J) c) o$ k( a+ |- d- y! R5 _* j2 B/ I
9 J; A( Y* l1 `; a+ g% y$ [結(jié)論
本文展示了使用PhotoCAD實(shí)現(xiàn)基于MZI的光學(xué)卷積矩陣單元的系統(tǒng)方法。通過遵循這些步驟并利用PhotoCAD的功能，設(shè)計(jì)者可以高效創(chuàng)建復(fù)雜的光電子集成線路，同時(shí)保持高設(shè)計(jì)質(zhì)量和可制造性。

0 V7 M' _6 Z9 A0 O" z8 E& p這種實(shí)現(xiàn)方法展示了PhotoCAD在處理復(fù)雜光電子線路設(shè)計(jì)方面的能力，同時(shí)對(duì)線路的光學(xué)和電氣方面保持精確控制。軟件的Python環(huán)境使復(fù)雜光電子線路結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)更加靈活高效。需要本案例的用戶，歡迎通過問答平臺(tái)索取。

+ _; t! d2 C1 D/ m3 W. A5 c  r4 |/ h, M參考文獻(xiàn)
8 K$ L7 S& Y4 m) @( O! Y2 p[1] 徐曉鳳, "基于可編程光子集成技術(shù)的光子芯片研究," 博士學(xué)位論文, 長(zhǎng)春理工大學(xué), 長(zhǎng)春, 中國, 2022.
END

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' D% q) D6 v, L- g( T6 t軟件申請(qǐng)我們歡迎化合物/硅基光電子芯片的研究人員和工程師申請(qǐng)?bào)w驗(yàn)免費(fèi)版PIC Studio軟件。無論是研究還是商業(yè)應(yīng)用，PIC Studio都可提升您的工作效能。
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3 g1 d- ~5 @) e) y2 O. b9 K深圳逍遙科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家專注于半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）的高科技軟件公司。我們自主開發(fā)特色工藝芯片設(shè)計(jì)和仿真軟件，提供成熟的設(shè)計(jì)解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分別針對(duì)光電芯片、微機(jī)電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計(jì)與仿真。我們提供特色工藝的半導(dǎo)體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務(wù)，廣泛服務(wù)于光通訊、光計(jì)算、光量子通信和微納光子器件領(lǐng)域的頭部客戶。逍遙科技與國內(nèi)外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作，推動(dòng)特色工藝半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，致力于為客戶提供前沿技術(shù)與服務(wù)。
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