案例分享 | 使用PhotoCAD实现基于马赫曾德干涉仪的光学卷积矩阵单元

逍遥设计自动化

引言：了解设计目标
: A4 x- `) e, n. s0 MPhotoCAD为实现复杂的光电子集成线路提供了容易上手的平台。本文重点介绍如何创建基于马赫曾德干涉仪(MZI)的光学卷积矩阵单元，通过PhotoCAD的Python3环境逐步说明实现过程。最终设计将包含多个按矩阵配置排列的MZI单元，用于光信号处理[1]。
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0 V( d5 \. {" J1 N! K. }9 N图1：单个MZI单元的详细版图，展示了在PhotoCAD中实现的波导布线和端口连接。
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* m7 Z/ g4 w( m" k- w' Q构建基础MZI单元
第一步涉及在PhotoCAD中创建基本MZI结构：

定义光波导参数

放置定向耦合器

连接波导臂

添加相移器

定义电接触点

设置光学输入/输出端口
[/ol]
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) P% A, J; z; i6 W! ], O( D: E- f图2：基础MZI单元在PhotoCAD中的版图显示了光学端口(op_0至op_3)和电气端口(ep_0至ep_3)。这是设计的基本构建模块。

创建矩阵单元结构
在建立基本MZI单元后，扩展创建矩阵结构：

按所需配置复制MZI单元

定义互连波导

在必要位置实现光学交叉

优化波导布线以减少损耗
[/ol]

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6 z4 _. Q4 ~1 f$ j/ r4 M1 ]7 v图3：完整矩阵单元版图，显示了在PhotoCAD中九个互连MZI组件的排列。

5 B/ \7 c* W5 _; G1 ]# F( c实现光学输入/输出
设计需要适当的光学输入/输出接口：

环形放置光栅耦合器(GC)

战略性放置光电探测器(PD)

布线波导连接GC和PD到矩阵

优化弯曲半径以减少光学损耗
[/ol]
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图4：在PhotoCAD中实现的最终版图，显示了光栅耦合器和光电探测器围绕矩阵单元的放置。
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添加电气连接
电气布线层对控制MZI单元具有重要作用：

在便于接入的位置放置接合垫

布线阴极金属走线

实现阳极布线层

确保金属走线间适当间隙
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图5：完整电路布线版图，显示了接合垫放置位置以及阴极和阳极金属走线布线。*
0 H: {* q. e* p6 R
* j7 f+ {! X# W1 m$ p设计验证和测试
7 d6 c8 f. U0 p; K5 PPhotoCAD支持全面的设计验证：

运行设计规则检查(DRC)

验证光路长度

检查电气连接性

确保适当的层叠加

: V9 i* ~6 T0 f" r+ o实用实现技巧
) X' s, o5 f' L9 p; Z( k1 E7 u在PhotoCAD中成功实现的要点：
+ Z3 x$ v# x( X0 \& O# |1 E

使用Python脚本处理重复结构

保持一致的命名规范

创建层次化单元结构

记录参数设置

使用版本控制进行设计迭代
5 [& }2 u5 K+ y! ]
高级功能和优化
PhotoCAD提供多种优化设计的功能：
5 P" d9 L$ ^2 l6 d1 B9 v' m7 T  E6 n

自动波导布线

参数扫描能力

与仿真工具集成

版图与原理图验证

与PIC Studio流程集成
  q% N- g7 L- E- k' E设计过程利用PIC Studio集成环境的优势：
$ y+ n! V+ o( P. l9 [  S7 E

使用pLogic进行原理图设计

使用PhotoCAD进行版图实现

利用pSim Plus进行线路仿真

执行系统级验证

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1 k2 f% M3 m" e% x! {5 T" r" ?图6：PIC Studio流程
2 B$ X6 z4 O/ ]' V
) P- g# d% i" r" K3 O结论
' x; C2 R; G5 L- y! K9 u1 x- ]本文展示了使用PhotoCAD实现基于MZI的光学卷积矩阵单元的系统方法。通过遵循这些步骤并利用PhotoCAD的功能，设计者可以高效创建复杂的光电子集成线路，同时保持高设计质量和可制造性。
9 k& l6 q9 {4 T: L$ W
, C3 I. y8 N. q: Q这种实现方法展示了PhotoCAD在处理复杂光电子线路设计方面的能力，同时对线路的光学和电气方面保持精确控制。软件的Python环境使复杂光电子线路结构的实现更加灵活高效。需要本案例的用户，欢迎通过問答平台索取。

参考文献
" k) _. D5 ~, Q1 J! k[1] 徐晓凤, "基于可编程光子集成技术的光子芯片研究," 博士学位论文, 长春理工大学, 长春, 中国, 2022.
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