1. 课程导论：硅光PDK概念、热光型耦合器在光互连中的作用、课程目标与学习路径

1.1 硅光PDK：从工艺到设计的桥梁

硅光子学（Silicon Photonics）利用成熟的CMOS工艺制造光子集成电路（PIC）。然而，工艺厂提供的原始工艺参数与设计师所需的“功能器件”之间存在巨大鸿沟。PDK（Process Design Kit，工艺设计套件）正是填补这一鸿沟的关键工具。

PDK是一套完整的、经过工艺验证的设计数据与模型集合，它将复杂的工艺物理特性封装为设计师可直接调用的“组件库”。一个标准的硅光PDK通常包含以下核心要素：

1.2 热光型耦合器：光互连中的“智能开关”

在光互连系统中，信号需要在不同通道间进行分配、切换和路由。热光型耦合器（Thermo-Optic Coupler）利用硅材料的热光效应——即折射率随温度变化（dn/dT ≈ 1.86×10⁻⁴ /K）——来动态调节耦合状态，实现可调谐的分光比或开关功能。

与传统的马赫-曾德尔干涉仪（MZI）型开关相比，热光型耦合器具有以下独特优势：

• 紧凑尺寸： 单个耦合器长度通常在几十微米量级，远小于MZI结构。
• 低功耗潜力： 通过优化加热器与波导的热隔离，可实现亚毫瓦级调谐功耗。
• 无机械运动： 纯固态热光效应，可靠性高，适合大规模集成。
• 连续调谐： 可实现从0%到100%的连续分光比调节，适用于光衰减器（VOA）和可变分束器。

下图展示了热光型耦合器在典型光互连收发链路中的位置与作用：

1.3 课程目标与学习路径

本课程旨在系统性地解决热光型耦合器从“物理原理”到“PDK组件交付”的全流程问题。课程内容覆盖建模理论、材料选择、仿真验证与PDK封装四大模块。

课程学习路径分为五个递进阶段，每个阶段对应2-3个章节：

下图展示了课程知识体系的整体架构与各模块之间的依赖关系：