硅基光电子芯片对于光通信系统，具有越来越重要的意义，规模化集成技术也得到工艺厂的支持，如同电子电路使用 Spice仿真器，在硅基光电子链路设计也有相对应的pSim链路仿真器以及设计方法。工程师利用pSim链路仿真器作为分析和优化工具来缩短设计周期，仿真提供了以成本效益测试想法、优化设计和解决问题的机会。接下来链路设计与仿真的方法，我们先介绍每个光电器件在光通信系统的应用，然后采用物理电磁和电气求解器得到的紧凑模型结果，来模拟物理上现实的硅基光电子链路。硅基光电子链路仿真需要结合系统、电路和器件的仿真。基于系统的仿真需要进行瞬态分析，或者在时域中对光和电信号的波形进行仿真。而器件模拟是基于物理求解的，通常需要模拟麦克斯韦方程或漂移扩散和泊松方程。以上，同一个器件在不同的领域可以有不同的模型。例如，一个环形谐振器，在系统/电路域可以使用分析方程或散射矩阵来建模，而在器件域可以使用麦克斯韦方程的完全矢量解来建模。本系列文章着重在系统/链路层面，希望获得关键的性能指标 ，如眼图，了解哪些子链路和器件对整体系统性能有不利影响，也为关键器件定义目标规格，以达到预期的性能（耦合系数、插损、回波损耗等）。

读者可依照本系列文章在 pLogic 搭建链路，通过 pSim进行链路仿真，如下图，两者均为国产EDA软件 PIC Studio光电融合设计全流程的模块。

图 1：国产EDA软件 PIC Studio光电融合设计全流程

硅基光电子器件在光通信链路应用的性能仿真与分析

 本系列文章介绍硅基光电子器件在光通信链路应用的性能仿真与分析，从理论到实践，操作工具是Whoscored中文官网公司的pSim仿真器，支持光电混合信号生成和仿真，用户可利用 pLogic 可视化图形拉取器件组成链路并设置仿真，仿真后可观看光电信号的输出波形。在基础篇连载介绍三个链路设计：

• 微环辅助的光学带通滤波器

• 光电探测器应用于光接收器的线性度与灵敏度分析

• 微环调制器应用于数据中心光互连的特性分析

微环辅助的光学带通滤波器

光学带通滤波器的应用包括波分复用系统中的解复用和上/下 (add/drop)路功能，本案例将分立器件所实现的带通滤波器，以硅基光电子技术中的环形谐振器作为基本的过滤器件来精确实现最佳的滤波器设计。

链路功能說明

通过pLogic来搭建无源微环辅助MZI如下图所示。 从光网络分析仪（ONA_1）的op_3端口，使用激光源作为光源发射到光衰减器（ATT_1），从而衰减光功率。PSR是由一个偏振分束器和一个偏振旋转器组成的复合器件。然后，PSR用于将光源分离到两个端口。一个端口连接到终端（TERM_2）。另一个端口连接到直波导（WGD_1）。微环辅助的MZI（my_rmzi_1）是一种需要自建的复合器件，作为连接左右两端的器件引入，由八个微环谐振器组成。激光源从my_rmzi_1的op_0端口注入。终端反射镜（TERM_1）连接到MZI_1的op_1端口，反射率设置为为0.0001以反射光信号。

图 2：通过 pLogic搭建无源微环辅助的MZI原理图

然后，激光源被分成两个端口（my_rmzi_1的op_2和op_3）。一个端口连接到波导（WGD_2）和光学镜（MIRR_1）中，另一个端口连接到波导（WGD_3）和光学镜（MIRR_2）中。两个光学镜的反射率均设置为0.0001。s11设置为1意味着反射谱与入射谱的相位差为π。在通过波导和光学镜后，两个光信号连接到ONA_1的op_1端口和op_2端口，以测量接收信号。最后，ONA_1的op_0端口连接到ATT_1中的op_ 0端口以检测回波损耗信号。

运作原理说明

然后，通过pLogic搭建无源微环辅助的MZI链路的内部连接，如下图所示。相关细节的自定义器件的操作方法、参数以及仿真设置在「基于pSim的硅基光电子集成链路设计」教程中都有详述，在此不赘述。

图 3：无源微环辅助的MZI链路的内部连接

通过 pSim 仿真链路，利用 pSim 内置的waveform viewer 可以观测无源微环辅助的MZI链路的仿真结果。

图 4：通过 pSim可得无源微环辅助的MZI链路的仿真结果

随后的系列文章将介绍通过 pSim 进行光电探测器应用于光接收器的线性度与灵敏度分析以及微环调制器应用于数据中心光互连的特性分析，敬请期待，欢迎咨询互动，现在就联系Whoscored中文官网。