案例分享 | 使用pSim Plus实现基于多通道级联硅微环谐振器的计算光谱仪

逍遥设计自动化

【引言：了解设计目标
pSim Plus为复杂光电子集成链路设计提供了便捷的实现平台。本文重点介绍如何利用pSim Plus中的单元结构及内置函数，构建基于多通道级联硅微环谐振器的链路设计，并通过算法优化实现计算光谱仪。本示例利用的结构，来自北京邮电大学集成电路学院近期发表在Optics Letters的工作[1]。
; J$ q3 \) s1 z, H
初始化链路参数及环境
1 o6 S& S( a  T- z$ }/ g第一步涉及在pSim Plus中初始化链路参数及环境：
- I9 m& O, {8 A, S. C1.定义仿真背景参数
2.定义链路结构实体化参数
3 a3 `4 F" ?2 ~/ R9 a9 z9 V3.调用软件内置函数创建仿真环境
% B! q/ E6 g, ~  t- c4.定义优化相关参数

vtdmqizzgkg64060929545.png

3k24de0r3or64060929645.png

  n% A7 D* O2 q! O4 p5 a7 a& }3 V创建链路结构
7 {5 v( r$ ?. O/ Q. l+ i7 k在完成链路参数及环境的初始化后，创建主体链路：
1.创建光网络分析仪
2.创建分光结构
3.生成级联微环谐振器
; Z7 n4 r1 z7 P2 E! F+ J% }# J3 K4.对上述器件设置位置
: i7 K% P( ~7 |; Z5.对上述器件参数进行初始化

1gn3ykv5cb564060929745.png

6 g7 `- U5 v! e( q添加光路连接
9 A7 R& n4 w5 [& d3 _生成主体链路器件后，对各器件的接口连接：
8 d/ k7 u9 p: |" j; @7 f2 m  M1.连接光网络分析仪输出接口作为输入光
2.利用迭代变量连接各分束器件
3.连接级联微环谐振器
4 c" ^& x; T; K) s* v4.经滤波后光连接至光网络分析仪输入端口

kaeigikp3ir64060929845.png

upzyfqq0iun64060929945.png

图1：连接后的整体链路，包括光网络分析仪、分光及滤波器件。

调用优化算法最小化目标函数
读取数据，调用算法进行目标函数优化：
1.读取光网络分析仪得到数据
2.根据设计原理创建目标函数
- `- E, S3 L% ^, {# g3.调用pSim Plus环境中安装的库
4 _" B  d4 L5 @. x3 k9 L! I  V& p4.利用算法使目标函数最小化

qg5uzwkfk5i64060930045.png

. G2 i; Y  D' m) g

gqbxdd5rysj64060930145.png

+ c! e; [- B. }  p0 g
利用链路数据重建未知光谱
, C4 a( c. K( q4 j/ E3 \$ ?- E将优化得到的滤波曲线用于光谱重建：
1.创建新链路用于得到未知光谱
- f; O' U8 f' s# P2.读取链路滤波曲线数据作为采样矩阵
3.利用cvxpy库进行光谱重建

ow0fj1d1x0y64060930245.png

8 y9 T/ m1 c5 _; [

5w543je3azk64060930346.png

6 g* w7 m5 c/ c

l4tx2imlyqg64060930446.png

amvjmgvlftj64060930546.png

; T, b* j" ]1 u图2：对未知光谱宽谱及窄带的重建。
& U* u7 `0 X. T$ P
结论
本文展示了使用pSim Plus实现基于多通道级联硅微环谐振器的计算光谱仪的系统方法。通过实现这些步骤并充分利用pSim Plus内置器件及功能，设计者可以高效地设计目标链路。
5 q9 G& Y, d5 D8 k8 r+ c
+ M. k  z" _2 M这种实现方法展示了pSim Plus在处理复杂链路设计的能力。软件的python环境不仅可以让我们调用不同的算法对目标进行优化，而且可以使用很多工具使链路设计实现一体化。本案例使用的pSim Plus版本为1.1.1。需要本案例的用户，欢迎通过问答平台（https://www.xyda.cc/#/）索取。
7 ]$ D& @* f. z+ n
参考文献
[1] Kai Wang, Zeruihong She, Hongren Tan, Tianyue Zhang, and Lei Zhang, "Computational spectrometer with multi-channel cascaded silicon add-drop micro-ring resonators," Opt. Lett. 49, 6041-6044 (2024)
) j& h. a4 i. u9 ^3 a& |
END
& q# l2 v" j$ Q7 Z' l

+ \2 r) x- ^$ ~  }软件申请我们欢迎化合物/硅基光电子芯片的研究人员和工程师申请体验免费版PIC Studio软件。无论是研究还是商业应用，PIC Studio都可提升您的工作效能。
点击左下角"阅读原文"马上申请

# x& B; N. F8 N, G9 L欢迎转载

' Y0 X% e* d# h4 ?% |转载请注明出处，请勿修改内容和删除作者信息！

/ j+ k# d, H. V- d
9 w1 _& Q5 f/ w# b' O& r: y: Y. |- ^

lee15d4x41f64060930646.gif

/ y" |) W8 D, d8 C+ ]. n% U
  Q, q: c6 i1 i. D4 T/ u9 J5 q关注我们
( }. m( m9 j8 r( }2 E/ T4 B  }
; ~6 e( O! ]3 k0 k% J

9 B- s. k+ i8 T- e 1wcwvh22ruw64060930746.png 0 E/ W6 V, I" M! W

5 B/ f7 `& d9 s6 h( ] wloww3ytvj064060930846.png

# S& a/ n9 a& }* @. _$ E; m' F4 ` 3pf42xa22hs64060930946.png 5 \: @; H3 `, c- F# f5 B) v

                     
0 S1 Q4 F" C6 z6 Z& Y. a
, u  |" E! k+ A& @4 U  P) \+ x
7 F  s' ?' s) _$ V& i5 S2 z- e
关于我们：
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。
2 I( w) ]2 Y2 ]  m9 \
! P7 ~5 w9 I, D1 a9 ?% D0 [) Z- Zhttp://www.latitudeda.com/
; t) `. h5 U' y/ t& B: O（点击上方名片关注我们，发现更多精彩内容）