引言：了解設計目標
PhotoCAD為實現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環境逐步說明實現過程。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中創建基本MZI結構：
定義光波導參數
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
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。
創建矩陣單元結構
在建立基本MZI單元后，擴展創建矩陣結構：
按所需配置復制MZI單元
定義互連波導
在必要位置實現光學交叉
優化波導布線以減少損耗
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。
實現光學輸入/輸出
設計需要適當的光學輸入/輸出接口：
環形放置光柵耦合器(GC)
戰略性放置光電探測器(PD)
布線波導連接GC和PD到矩陣
優化彎曲半徑以減少光學損耗
圖4：在PhotoCAD中實現的最終版圖，顯示了光柵耦合器和光電探測器圍繞矩陣單元的放置。
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
實現陽極布線層
確保金屬走線間適當間隙
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。*
設計驗證和測試
PhotoCAD支持全面的設計驗證：
運行設計規則檢查(DRC)
驗證光路長度
檢查電氣連接性
確保適當的層疊加
實用實現技巧
在PhotoCAD中成功實現的要點：
使用Python腳本處理重復結構
保持一致的命名規范
創建層次化單元結構
記錄參數設置
使用版本控制進行設計迭代
高級功能和優化
PhotoCAD提供多種優化設計的功能：
自動波導布線
參數掃描能力
與仿真工具集成
版圖與原理圖驗證
與PIC Studio流程集成
設計過程利用PIC Studio集成環境的優勢：
使用pLogic進行原理圖設計
使用PhotoCAD進行版圖實現
利用pSim Plus進行線路仿真
執行系統級驗證
圖6：PIC Studio流程
結論
本文展示了使用PhotoCAD實現基于MZI的光學卷積矩陣單元的系統方法。通過遵循這些步驟并利用PhotoCAD的功能，設計者可以高效創建復雜的光電子集成線路，同時保持高設計質量和可制造性。
這種實現方法展示了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環境使復雜光電子線路結構的實現更加靈活高效。需要本案例的用戶，歡迎通過問答平臺索取。
參考文獻
[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.
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