案例分享 | 使用pSim Plus實(shí)現(xiàn)基于多通道級聯(lián)硅微環(huán)諧振器的計(jì)算光譜儀

逍遙設(shè)計(jì)自動化

【引言：了解設(shè)計(jì)目標(biāo)
pSim Plus為復(fù)雜光電子集成鏈路設(shè)計(jì)提供了便捷的實(shí)現(xiàn)平臺。本文重點(diǎn)介紹如何利用pSim Plus中的單元結(jié)構(gòu)及內(nèi)置函數(shù)，構(gòu)建基于多通道級聯(lián)硅微環(huán)諧振器的鏈路設(shè)計(jì)，并通過算法優(yōu)化實(shí)現(xiàn)計(jì)算光譜儀。本示例利用的結(jié)構(gòu)，來自北京郵電大學(xué)集成電路學(xué)院近期發(fā)表在Optics Letters的工作[1]。

: U8 [" w2 K8 [; F+ u: K1 l7 n* j初始化鏈路參數(shù)及環(huán)境
第一步涉及在pSim Plus中初始化鏈路參數(shù)及環(huán)境：
4 b/ z7 H0 [0 R; g/ T+ w7 `- w1 q1.定義仿真背景參數(shù)
' p- P  i% y2 K2 F- E2.定義鏈路結(jié)構(gòu)實(shí)體化參數(shù)
' U8 l: z% K7 ^: m) T& c. a8 t3.調(diào)用軟件內(nèi)置函數(shù)創(chuàng)建仿真環(huán)境
4.定義優(yōu)化相關(guān)參數(shù)

9 |, m1 d2 v6 m0 O! n# M+ Q7 h. i% K

* F& A$ m, K, @5 P: Z8 V3 G創(chuàng)建鏈路結(jié)構(gòu)
在完成鏈路參數(shù)及環(huán)境的初始化后，創(chuàng)建主體鏈路：
3 P" u, n" j, S1.創(chuàng)建光網(wǎng)絡(luò)分析儀
2.創(chuàng)建分光結(jié)構(gòu)
3.生成級聯(lián)微環(huán)諧振器
4.對上述器件設(shè)置位置
/ a3 \4 y; ]% d2 j5.對上述器件參數(shù)進(jìn)行初始化


添加光路連接
生成主體鏈路器件后，對各器件的接口連接：
1.連接光網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出接口作為輸入光
2.利用迭代變量連接各分束器件
3 e! S- ~2 A$ ^3.連接級聯(lián)微環(huán)諧振器
4.經(jīng)濾波后光連接至光網(wǎng)絡(luò)分析儀輸入端口


9 @6 v9 o; A- ~& }" T+ q圖1：連接后的整體鏈路，包括光網(wǎng)絡(luò)分析儀、分光及濾波器件。

$ a, r. ]/ L& W& p2 e+ {4 C調(diào)用優(yōu)化算法最小化目標(biāo)函數(shù)
8 M4 M4 L+ o! p& B4 F讀取數(shù)據(jù)，調(diào)用算法進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化：
+ Q; H* f# Y4 a- F, i1.讀取光網(wǎng)絡(luò)分析儀得到數(shù)據(jù)
+ U& N* Z; i% B* \1 W$ n2.根據(jù)設(shè)計(jì)原理創(chuàng)建目標(biāo)函數(shù)
3.調(diào)用pSim Plus環(huán)境中安裝的庫
& U& D7 @+ r4 t+ n' g! B/ F4.利用算法使目標(biāo)函數(shù)最小化
9 f& K9 T+ O/ b


利用鏈路數(shù)據(jù)重建未知光譜
將優(yōu)化得到的濾波曲線用于光譜重建：
& D2 r2 n5 p2 l6 M) r; i7 f1.創(chuàng)建新鏈路用于得到未知光譜
2.讀取鏈路濾波曲線數(shù)據(jù)作為采樣矩陣
3.利用cvxpy庫進(jìn)行光譜重建


- |2 r" z$ B1 O6 d

圖2：對未知光譜寬譜及窄帶的重建。
  c: O' C5 `2 }, k  Y- n
結(jié)論
本文展示了使用pSim Plus實(shí)現(xiàn)基于多通道級聯(lián)硅微環(huán)諧振器的計(jì)算光譜儀的系統(tǒng)方法。通過實(shí)現(xiàn)這些步驟并充分利用pSim Plus內(nèi)置器件及功能，設(shè)計(jì)者可以高效地設(shè)計(jì)目標(biāo)鏈路。
+ I8 H# v" m; z5 K& s# [0 Y
這種實(shí)現(xiàn)方法展示了pSim Plus在處理復(fù)雜鏈路設(shè)計(jì)的能力。軟件的python環(huán)境不僅可以讓我們調(diào)用不同的算法對目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，而且可以使用很多工具使鏈路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一體化。本案例使用的pSim Plus版本為1.1.1。需要本案例的用戶，歡迎通過問答平臺（https://www.xyda.cc/#/）索取。
* M7 v2 V  F8 c, P# t
參考文獻(xiàn)
[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& e) j* f1 |% h
END
( ~8 X7 [# r' H- Y# G

軟件申請我們歡迎化合物/硅基光電子芯片的研究人員和工程師申請體驗(yàn)免費(fèi)版PIC Studio軟件。無論是研究還是商業(yè)應(yīng)用，PIC Studio都可提升您的工作效能。
9 P! A0 @7 j' c" A% n) n+ ^點(diǎn)擊左下角"閱讀原文"馬上申請
2 o% ]; x$ K2 e- t6 I9 ~
歡迎轉(zhuǎn)載
' l: [9 Q8 }7 Y4 [- {9 l0 J7 `, W
. m. U* W- q+ f% o. @! g1 P轉(zhuǎn)載請注明出處，請勿修改內(nèi)容和刪除作者信息！
* F' |7 D0 y' B  a
9 t; s7 n7 f3 H& v! K6 y/ ^
6 w% M2 D( f, r2 N  o


關(guān)注我們

" a3 L& M8 C; ?& {+ l

' C! r# i% D2 k# l

/ K9 e" b8 n, P% x 7 l. f, h( o1 a2 n3 a7 a: A

4 F# X; D8 q2 b) m8 z+ B5 S8 g

                     
* a" R+ J6 J+ V/ m: r% o2 w9 {2 V" ]
% f3 \2 v- h  o, V  s  k
( \2 ~3 P6 Z8 f
; _# }7 {0 D/ ?+ ~' X/ X- w關(guān)于我們：
" X5 N4 a  W' J# l+ [  o. I1 C深圳逍遙科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家專注于半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)自動化（EDA）的高科技軟件公司。我們自主開發(fā)特色工藝芯片設(shè)計(jì)和仿真軟件，提供成熟的設(shè)計(jì)解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分別針對光電芯片、微機(jī)電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計(jì)與仿真。我們提供特色工藝的半導(dǎo)體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務(wù)，廣泛服務(wù)于光通訊、光計(jì)算、光量子通信和微納光子器件領(lǐng)域的頭部客戶。逍遙科技與國內(nèi)外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作，推動特色工藝半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，致力于為客戶提供前沿技術(shù)與服務(wù)。

http://www.latitudeda.com/
（點(diǎn)擊上方名片關(guān)注我們，發(fā)現(xiàn)更多精彩內(nèi)容）