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

逍遙設計自動化

引言：了解設計目標
( ]- C6 `4 t* w5 s8 b+ g* v% RPhotoCAD為實現(xiàn)復雜的光電子集成線路提供了容易上手的平臺。本文重點介紹如何創(chuàng)建基于馬赫曾德干涉儀(MZI)的光學卷積矩陣單元，通過PhotoCAD的Python3環(huán)境逐步說明實現(xiàn)過程。最終設計將包含多個按矩陣配置排列的MZI單元，用于光信號處理[1]。

圖1：單個MZI單元的詳細版圖，展示了在PhotoCAD中實現(xiàn)的波導布線和端口連接。

構建基礎MZI單元
第一步涉及在PhotoCAD中創(chuàng)建基本MZI結(jié)構：

定義光波導參數(shù)

放置定向耦合器

連接波導臂

添加相移器

定義電接觸點

設置光學輸入/輸出端口
3 U8 }% ]' |& c5 l: }, B) {7 m) g[/ol]

& B+ K0 c. d# l# p5 ?. ?- N6 m# {) J圖2：基礎MZI單元在PhotoCAD中的版圖顯示了光學端口(op_0至op_3)和電氣端口(ep_0至ep_3)。這是設計的基本構建模塊。

3 F1 G* M( D2 g& h; x# @創(chuàng)建矩陣單元結(jié)構
在建立基本MZI單元后，擴展創(chuàng)建矩陣結(jié)構：

按所需配置復制MZI單元

定義互連波導

在必要位置實現(xiàn)光學交叉

優(yōu)化波導布線以減少損耗
" e+ s2 R; H4 h# e[/ol]

圖3：完整矩陣單元版圖，顯示了在PhotoCAD中九個互連MZI組件的排列。
# D5 _; n  k5 k" ?9 z7 z1 A! l1 R# j
實現(xiàn)光學輸入/輸出
& j0 H8 j7 R! {3 s5 m設計需要適當?shù)墓鈱W輸入/輸出接口：

環(huán)形放置光柵耦合器(GC)

戰(zhàn)略性放置光電探測器(PD)

布線波導連接GC和PD到矩陣

優(yōu)化彎曲半徑以減少光學損耗
[/ol]

0 g2 N2 F$ C0 Y9 G1 O1 E圖4：在PhotoCAD中實現(xiàn)的最終版圖，顯示了光柵耦合器和光電探測器圍繞矩陣單元的放置。
4 ^) M: c- z" S/ D0 ^; ]4 w6 W
添加電氣連接
電氣布線層對控制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

實現(xiàn)陽極布線層

確保金屬走線間適當間隙
6 @; z1 i* y" O- E" F[/ol]

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。*
% A" a, s$ z2 o  Z8 F% ]
$ @" L3 Q+ U$ }- K0 p& M' H- Y) I& x設計驗證和測試
PhotoCAD支持全面的設計驗證：

運行設計規(guī)則檢查(DRC)

驗證光路長度

檢查電氣連接性

確保適當?shù)膶盈B加

實用實現(xiàn)技巧
在PhotoCAD中成功實現(xiàn)的要點：
& V! B1 _* U) g) d: |, P# \

使用Python腳本處理重復結(jié)構

保持一致的命名規(guī)范

創(chuàng)建層次化單元結(jié)構

記錄參數(shù)設置

使用版本控制進行設計迭代

$ L( |( y% R; k7 Q# U: P% T高級功能和優(yōu)化
PhotoCAD提供多種優(yōu)化設計的功能：

自動波導布線

參數(shù)掃描能力

與仿真工具集成

版圖與原理圖驗證
" w% a* p* [4 D
與PIC Studio流程集成
* O  t0 h+ G1 f. r) ?1 |設計過程利用PIC Studio集成環(huán)境的優(yōu)勢：
) n3 x2 b3 m! y: C

使用pLogic進行原理圖設計

使用PhotoCAD進行版圖實現(xiàn)

利用pSim Plus進行線路仿真

執(zhí)行系統(tǒng)級驗證
+ [. \$ p. ^+ ]) O

8 r+ W1 l" F1 @圖6：PIC Studio流程
' ^7 p) w& f9 s
結(jié)論
本文展示了使用PhotoCAD實現(xiàn)基于MZI的光學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，設計者可以高效創(chuàng)建復雜的光電子集成線路，同時保持高設計質(zhì)量和可制造性。
3 w7 C' `( I7 R5 X7 ?
8 Q# w) F/ R  r# D+ K這種實現(xiàn)方法展示了PhotoCAD在處理復雜光電子線路設計方面的能力，同時對線路的光學和電氣方面保持精確控制。軟件的Python環(huán)境使復雜光電子線路結(jié)構的實現(xiàn)更加靈活高效。需要本案例的用戶，歡迎通過問答平臺索取。
( d) f! p" O+ n) {& A
參考文獻
9 i; O5 I. [* t8 s9 m# @[1] 徐曉鳳, "基于可編程光子集成技術的光子芯片研究," 博士學位論文, 長春理工大學, 長春, 中國, 2022.
END
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