引言：了解设计目标
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]。
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。
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
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
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。
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
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。
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
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。*
设计验证和测试
PhotoCAD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
实用实现技巧
在PhotoCAD中成功实现的要点：
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
高级功能和优化
PhotoCAD提供多种优化设计的功能：
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
设计过程利用PIC Studio集成环境的优势：
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
图6：PIC Studio流程
结论
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。
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
[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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