案例分享 | 使用pSimPlus实现可编程光子三角链路的自动化配置

逍遥设计自动化

引言：了解设计目标
pSim Plus为实现复杂的光电子集成链路设计提供了易于实现的平台。本案例涉及一个可编程光子三角链路的设计与自动化配置，链路由多个可编程单元构成。每个单元可以通过电控切换三种工作状态：直通状态、交叉状态和部分耦合状态。通过控制各单元的状态，能够实现对整个链路光输出的精准控制。

本案例主要展示如何利用 pSim Plus 结合 Python 脚本对链路进行搭建、参数化、目标函数定义和自动优化。
8 e, i0 V) r9 S
% F$ }+ p, Y1 i  t- l" r4 S可编程光子三角链路的工作原理基于三角形拓扑结构设计，由可调耦合器和相移器组成多个光学单元。每个单元可在直通、交叉和部分耦合三种状态间切换，通过电信号控制耦合比例并用相移器调整光程差。这种结构的可重构性使其能实现光开关、分配器等复杂的光信号处理功能。

" e% R, Y) `/ O$ [, N4 k8 V2 \0 }初始化链路参数及环境
' q9 ]! n+ {: u9 t第一步涉及在pSim Plus中初始化链路参数及环境：
) e9 ?% q: ~! |5 y2 F% e& A1.定义仿真背景参数
2.定义链路结构实体化参数
3.调用软件内置函数创建仿真环境
4.定义优化相关参数
0 b" m2 h, g* J' R3 ]8 ^5 O

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. I$ f9 j# K0 C! \' W$ u
图1

创建链路结构
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
( K& @% l# v5 Y' s2.创建耦合结构与相移器
& |2 O. e: y" a- w0 k; B3.利用setattr和getattr函数创建可重复延伸器件
* _7 \% {' ], z% W1 W4.对上述器件设置位置
6 X0 C2 t8 C, ?. [4 A5.对上述器件参数进行初始化

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图2
+ z3 n, y# s; A0 @% P
0 d. T' B- K! ?7 U8 Z$ D# S8 B2 L! C添加光路连接
- u/ c( H( U* i! d% V, x生成主体链路器件后，对各器件的接口连接：
, U; u5 A+ }0 _  B2 Q1.连接光网络分析仪输出接口作为输入光
) `0 ]5 Y3 `. k: i$ \2.连接各耦合器件
3.连接各相移器
; U9 m( o0 n( |/ V6 B+ O% b9 ^" N4.经链路输出光连接至光网络分析仪输入端口
9 v5 H$ {$ E1 j/ O

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" [0 I/ e) ~; O. [$ K: ?; x7 c: B图3：连接后的整体链路，包括耦合及相移器件。

% u3 x' ^/ y' J% l8 w# u6 s调用PIVOT实现可视化优化算法配置
& c' p7 v! Y1 W3 o, B9 b0 p读取数据，调用算法进行目标函数优化：
( B5 O& W; `. q3 n( k1.读取光网络分析仪得到数据
2.根据出光需求创建目标函数
" {  ^$ m* q  }; P; P+ o( g( M. D3.调用PIVOT
+ d. B3 K: V% A/ D4.利用算法使目标函数最小化
& j" T: r6 @" v2 [

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) F+ T/ ]/ ~* S6 r+ Y  s" ~3 L) x% j图4
+ C& P) P0 g8 H3 U, D! t! g
生成带有最优结果的链路供用户进一步操作
, R. ]) a5 d, X; p) R7 [优化完成后，生成带有最优参数的链路
8 f% a" }% `/ Y: Q) C! S$ c

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图5

结论
7 O# Q& W9 h- l( L4 b4 x4 e本文展示了使用 pSim Plus 实现可编程光子三角链路的自动化配置的系统方法。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。

! l4 V* R/ |* B0 r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，欢迎点击左下角“阅读原文”跳转逍遥问答平台索取。
+ B# N: K9 I, X# M% A5 `+ @: O5 a

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参考文献
6 G5 ?0 W) i" @- O1 b8 f) E4 j# d[1] https://photocad-docs.readthedocs.io/en/latest/example_manual/triangle_mzi.py.html

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