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引言：了解设计目标% z! I: s9 |) r7 n
PhotoCAD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]。% v; _+ W6 j3 ]9 L
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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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构建基础MZI单元
3 t1 V& G' I5 H) ?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1 `! w0 ]( l7 s) m
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: m; d- c) G, `/ J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。
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创建矩阵单元结构
1 w; {* g! S' I# o& Y& R" U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. _4 M |1 s$ h/ Q0 q v4 U
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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。- s1 a& f- e: N2 K! X9 @ P( i; c* ~
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实现光学输入/输出5 {, ?6 P) z- G$ P4 c
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
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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
6 j6 b9 F' c- X% y5 G* q4 O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) Z/ K3 p! k, L4 X7 `8 o/ c
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& ]- d7 v4 G ^# X; J W$ S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。*$ l- R' a; O+ r/ J1 A
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设计验证和测试4 d6 G5 q$ I1 |
PhotoCAD支持全面的设计验证：
* D4 I( N: N; ^, ]' m" I3 z% Y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/ \" s* I7 y1 Y- N6 S
+ C% K$ {: D8 j4 k1 y* V* ^, H实用实现技巧
$ T( U0 X8 P6 J; ^5 Q在PhotoCAD中成功实现的要点：
" Q& m6 u$ z- x) s( s1 \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
& m3 o" f7 Y5 W- E" j, T) I9 Y- l! f3 u1 [) T/ s0 s- R: Y
高级功能和优化0 L2 k- e1 C- R {# E& s, d
PhotoCAD提供多种优化设计的功能：* M8 y3 i) M- n+ {8 F
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% w# {3 l" B0 h+ N& p/ P3 N9 C
\/ @) v! S7 ?* C1 J% P与PIC Studio流程集成
* ~: o' y0 d/ q, ?设计过程利用PIC Studio集成环境的优势：
" L* C, i1 j m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) Q8 s( e) H! u1 W) g
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. ]* u6 d6 H: J) }1 z$ j$ }图6：PIC Studio流程, e' V5 C* V. M& f
& C' B/ d+ C5 ]; O9 C5 f结论
8 F a. i4 V' D& W5 Z- g# i6 z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。7 F+ _' ?6 l. V( F9 M
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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。: i; x5 ~) G+ f4 v
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参考文献' H& s' w# H( J6 S1 i# g
[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. q! H' ?* }- e+ H" Q# b+ H
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5 I6 l) |( k" r: b" |; m关于我们：
2 `+ b% d4 y" J4 b U深圳逍遥科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家专注于半导体芯片设计自动化（EDA）的高科技软件公司。我们自主开发特色工艺芯片设计和仿真软件，提供成熟的设计解决方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分别针对光电芯片、微机电系统、超透镜的设计与仿真。我们提供特色工艺的半导体芯片集成电路版图、IP和PDK工程服务，广泛服务于光通讯、光计算、光量子通信和微纳光子器件领域的头部客户。逍遥科技与国内外晶圆代工厂及硅光/MEMS中试线合作，推动特色工艺半导体产业链发展，致力于为客户提供前沿技术与服务。' R$ T3 C8 g3 R9 g
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