南邮光电综合信息设计.doc

光电综合设计 学院：光电工程学院学院：光电工程学院 专业：光电信息工程专业：光电信息工程 姓名：徐一姓名：徐一 学号：学号：B12060402B12060402 2016 年年 1 月月 4 日日2016 年年 1 月月 15 日日 目目 录录 一、课题一、课题 1 1：半导体中载流子浓度的计算分析：半导体中载流子浓度的计算分析 .1 1.1.1.1.课题任务要求及技术指标课题任务要求及技术指标.1 1.2.1.2.课题分析及设计思路课题分析及设计思路.1 1.3.1.3.系统设计（建模）系统设计（建模）.1 1.4.1.4.仿真结果与结果分析仿真结果与结果分析.2 二、课题二、课题 2 2：光学系统中的物像关系：光学系统中的物像关系 .4 2.1.2.1.课题任务要求及技术指标课题任务要求及技术指标.4 2.2.2.2.课题分析及设计思路课题分析及设计思路.4 2.3.2.3.系统设计（建模）系统设计（建模）.5 2.4.2.4.仿真结果与结果分析仿真结果与结果分析.7 三、课题三、课题 3 3：椭圆偏振光的仿真计算：椭圆偏振光的仿真计算 .9 3.1.3.1.课题任务要求及技术指标课题任务要求及技术指标.9 3.2.3.2.课题分析及设计思路课题分析及设计思路.9 3.3.3.3.系统设计（建模）系统设计（建模）.9 3.4.3.4.仿真结果与结果分析仿真结果与结果分析.10 四四、课题、课题 7 7：光学谐振腔的设计：光学谐振腔的设计 .13 3.1.3.1.课题任务要求及技术指标课题任务要求及技术指标.3 3.2.3.2.课题分析及设计思路课题分析及设计思路.3 3.3.3.3.系统设计（建模）系统设计（建模）.3 3.4.3.4.仿真结果与结果分析仿真结果与结果分析.3 五五、课题、课题 1111：光电探测器光电流的计算：光电探测器光电流的计算 .3 3.1.3.1.课题任务要求及技术指标课题任务要求及技术指标.3 3.2.3.2.课题分析及设计思路课题分析及设计思路.3 3.3.3.3.系统设计（建模）系统设计（建模）.3 3.4.3.4.仿真结果与结果分析仿真结果与结果分析.3 六六、课程设计小结、课程设计小结 .4 0 一、课题1 1：半导体中载流子浓度的计算分析 1.1.1.1.课题任务要求及技术指标课题任务要求及技术指标 设计任务：设计任务： 若锗中含有一定数量的杂质元素 Sb，试根据要求分析杂质浓度与电离度以及电离温度 之间的关系： （1）当 Sb 浓度分别为和时，计算杂质 99，90和 50电离时的 314 10 cm 317 10 cm 温度各为多少？ （2）根据一定杂质类型和杂质浓度，画出电离度和温度的关系图线，并确定半导体处 于强电离区（电离度90）的温度范围。 设计要求：设计要求： （1）具有友好输入输出界面； （2）调整输入数据，得出相应结果，并进行分析。 1.2.1.2.课题分析及设计思路课题分析及设计思路 本题是已知掺杂一定数量杂质的半导体，分析其杂质浓度、电离度及电离温度之间的 关系，并且在已知杂质浓度的条件下根据电离度计算温度。由固体电子导论中载流子浓度 的知识，随着温度升高，电离程度加大，载流子浓度也增加，但温度进一步升高后，杂质 全部电离，此时以本征激发为主，载流子浓度迅速增加，本题中锗中掺 Sb 时，形成 n 型 半导体，任务是要作出一定掺杂浓度下电离度和温度的关系曲线，计算公式如下： 浓度为 1014时电离度与温度的关系式为： D=1-exp(116./T)*10(14)/10(15)./T.(1.5) 浓度为 1017时电离度与温度的关系式为： D=1-exp(116./T)*10(17)/10(15)./T.(1.5) 1.3.1.3.系统设计（建模）系统设计（建模） global a; global b; c1=solve(116/T=1.5*log(T)-2.3); c2=solve(116/T=1.5*log(T)-9.2); c3=solve(116/T=1.5*log(T); c4=solve(116/T=1.5*log(T)-6.9); c5=solve(116/T=1.5*log(T)+3); 1 c6=solve(116/T=1.5*log(T)-3.9); set(handles.edit1,String,); switch a case 1 if b=1 set(handles.edit1,String,double(c1); elseif b=2; set(handles.edit1,String,double(c3); elseif b=3; set(handles.edit1,String,double(c5); end; case 2 if b=1 set(handles.edit1,String,double(c2); elseif b=2; set(handles.edit1,String,double(c4); elseif b=3; set(handles.edit1,String,double(c6); end; end 1.4.1.4.仿真结果与结果分析仿真结果与结果分析 2 由程序运行结果可以得出在不同的杂质浓度下电离度与温度的关系曲线，并且可以进 一步发现，在杂质浓度一定的条件下，随着温度的升高，电离度也越来越大，并且逐渐趋 于饱和，此时半导体中为高温本征激发。 3 二、课题2 2：光学系统中的物像关系 2.1.2.1.课题任务要求及技术指标课题任务要求及技术指标 设计任务：设计任务： （1）已知 12123 100,50,8,20,200,Rmm Rmm dmm dmm Rmm ，确定上图所示光学系统的主面、焦点位置，以及焦距； 43 120,3Rmm dmm （2）对任意输入的物距 、物高，计算出像距、像高。ly l y h=10mm R1 R2 R3 R4 n1 n2 像面 d1 d2 4 l d3 设计要求：设计要求： （1）具有友好输入输出界面； （2）可根据输入的不同参数值，查看结果。 2.2.2.2.课题分析及设计思路课题分析及设计思路 题目要求确定由凹凸透镜所确定的光学系统的主面、焦点位置及焦距，根据应用光学 相关知识，平行光入射及平行光出射可分别确定焦点及主面所在位置，进而可以计算出焦 距，如平行光入射光学系统可以确定像方焦点和像方主平面的位置，像方焦距随之确定， 物方有关参量以此类推。 本题中可将凹透镜与凸透镜看成两个单独的系统，分别确定各自的焦点、主面及焦距， 再根据理想光学系统的组合知识即可计算出组合系统的相关参量。 其中，以焦点为坐标原点计算物距和像距的物象公式叫牛顿公式: xx=ff 高斯公式: f/l+f/l=1 本题中主要运用的公式为: L=(-R*d)/(n*(R-R)+(n-)*d) 4 2.3.2.3.系统设计（建模）系统设计（建模） 插入图片： handles.output = hObject; himage=findobj(tag,axes1); axes(himage); logo=imread(B.jpg); image(logo); set(himage,visible,off); 计算光学系统参量： if(isempty(get(handles.edit1,String) | isempty(get(handles.edit2,String) msgbox(请输入折射率,出错啦.); else n1=str2num(get(handles.edit1,String); n2=str2num(get(handles.edit2,String); d2=20; R1=100; R2=-50; d1=8; lh1=(-R1*d1)/(n1*(R2-R1)+(n1-1)*d1) lh2=(-R2*d1)/(n1*(R2-R1)+(n1-1)*d1) R3=-200; R4=120; d3=3; lh3=(-R3*d3)/(n2*(R4-R3)+(n2-1)*d3) lh4=(-R4*d3)/(n2*(R4-R3)+(n2-1)*d3) f1=-R1./(n1-1) f2=n1.*R1./(n1-1) f3=n1*R2./(n1-1) f4=-R2./(n1-1) s=d1-f2+f3 ff1=-f2.*f4./s ff2=-ff1 5 f1=-R3./(n2-1); f2=n2.*R3./(n2-1); f3=n2*R4./(n2-1); f4=-R4./(n2-1); s=d3-f2+f3 ff3=-f2.*f4./s ff4=-ff3 %组合系统四个独立的主面位置 Fx1=ff2+lh1 Fx2=d1+lh2+ff1 Fx3=d1+d2+lh3+ff4 Fx4=d1+d2+d3+lh4+ff3 %s=d2-lh2+lh3-ff1+ff4 s=Fx3-Fx2 xF1=-ff3.*ff4/s %XF xF2=ff2.*ff1/s %XF x1=Fx1+xF2 %F x2=Fx4+xF1 %F fff1=-ff1.*ff3./s %f fff2=ff2.*ff4./s %f x3=x1+fff1 %主面位置 x4=x2-fff1 %主面位置 set(handles.edit16,String,num2str(x1); set(handles.edit17,String,num2str(x2); set(handles.edit4,String,num2str(x3); set(handles.edit18,String,num2str(x4); set(handles.edit3,String,num2str(fff2); set(handles.edit19,String,num2str(fff1); guidata(hObject, handles); 6 End if (isempty(input) msgbox(请先计算像方焦距,出错啦.); else l=str2num(get(handles.edit12,String)%物距 y=str2num(get(handles.edit13,String)%物高 if(isempty(l) msgbox(请输入物距,出错啦.); else if(isempty(y) msgbox(请输入物高,出错啦.); else f=input;%像方焦距 l1=l.*f./(f+l) %像距 b=l1./l%放大率 y1=b.*y%像高 set(handles.edit14,String,num2str(l1); set(handles.edit15,String,num2str(y1); end end 2.4.2.4.仿真结果与结果分析仿真结果与结果分析 7 经过多次模拟可以看出物方和像方两焦距之间存在一定关系，大致符合 f/f=n/n，并 且在凸透镜折射率和凹透镜折射率大小关系改变情况下，两焦点 F 和 F位置表现出明显差 异，程序数据与理论值相符。 8 三、课题3 3：椭圆偏振光的仿真计算 3.1.3.1.课题任务要求及技术指标课题任务要求及技术指标 设计任务：设计任务： 根据椭圆偏振光公式： 2 0000 ()()2()()cossin2 yy xx xyxy EE EE EEEE （1）做出对应不同值的椭圆偏振图； （2）两椭圆（包括圆）偏振光的叠加。 设计要求：设计要求： （1）具有友好输入输出界面； （2）可根据输入的不同参数值，查看结果。 3.2.3.2.课题分析及设计思路课题分析及设计思路 题目要求作出不同值的椭圆偏振光，并且给出了椭圆偏振光的公式，椭圆根据物理 光学相关知识，我们知道椭圆偏振光可看做两个振动方向相互垂直的线偏振光叠加而成， 线偏振光的振动幅度及两者之间的相位差不同，叠加而成的椭圆偏振光也不同，两者相互 叠加可构成线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。据此，若已知两个相互垂直的线偏振光的 振幅大小和相位差便可作出对应的椭圆偏振光。 3.3.3.3.系统设计（建模）系统设计（建模） X=str2num(get(handles.editx,String); Y=str2num(get(handles.edity,String); a=str2num(get(handles.edita,String); syms x y f=(x./X).2+(y./Y).2-2.*(x./X).*(y./Y).*cos(a)-sin(a).*sin(a); axes(handles.axes1); ezplot(f,-2*X,2*X); grid on; guidata(hObject, handles); X=str2num(get(handles.editx2,String); Y=str2num(get(handles.edity2,String); 9 a=str2num(get(handles.edita2,String); %a=pi/2; syms x y f=(x./X).2+(y./Y).2-2.*(x./X).*(y./Y).*cos(a)-sin(a).*sin(a); axes(handles.axes2); ezplot(f,-2*X,2*X); grid on; guidata(hObject, handles); X=str2num(get(handles.editx,String); Y=str2num(get(handles.edity,String); a=str2num(get(handles.edita,String); %a=pi/2; syms x y f1=(x./X).2+(y./Y).2-2.*(x./X).*(y./Y).*cos(a)-sin(a).*sin(a); X2=str2num(get(ha