南邮《光电综合设计》报告

课程设计报告b邓心惟a类：挑战2设计任务：有平面镜和曲率半径为r的凹面镜，画出光束发散角和腔长l的关系曲线。1 .课题要求：1.有输入输出接口2 .输入不同凹面镜的曲率半径值，可以看到结果。参考： 激光原理第二章二.课题分析和设计思路：1 .问题分析：根据激光原理，稳定球面腔的基模远场发散角一般如下其中，l是腔长，r是半径另外，根据课题条件，由于是平-凹腔=您可以简化以下公式这里，变量为l，常数为2 .设计思路：发散角和腔长度l之间的关系，即，要求取决于输入的值，并且可以包含在程序中或外部输入该值。这里使用分离选项作为波长输入，以便表示不同波长对发散角的影响，因为常见激光器的波长不是任何值，通常我们使用的CO2激光器是氦氖激光器，其波长为10.6um，波长为632.8nm。 有两个选择。使用MATLAB用户界面(GUI )工具设计，输入变量有两个，r是编辑输入，单位cm，默认值1m； 波长是选择性输入，为10.6um或632.8nm，预设值为10.6um。3 .模型的建立和编程：本问题直观，除了在MATLAB设计中注意矩阵元素与数值的差异外，没有其他难点。直接提供相应处理的程序部分global r；r=str 2双精度(get (h object，String ) )% r是半径变量，从接口获取输入半径值global bochang；contents=get(hObject，String )bob hang=str 2双精度(contents get (x object，Value) )% bochang是波长变量，从接口获取输入波长值。 在设计实施时直接选择的是波长值，因此只要将其直接转换为倍精度值即可。 也可以选择激光类型，使用文字%序列变量将被接收并通过程序进行转换。l=0.01*r:0.99*r；要稳定%平凹腔，空腔长度必须小于半径，并设置曲线的横轴范围ang=2* sqrt (sqrt (bo Chang 2./(pi 2. * (r-l.* l ) ) )%发散角函数，注意矩阵量的运算axes(handles.axes1)cla；出图(l，ang )%绘图4 .模拟调试和结果分析：1 .模拟调试：在模拟中，节省R=1m、=10.6um的值，变更半径R=2m，不变更输入后的输出模式如下所示空腔长度保持100cm，改变输入波长，输出图案2 .结果分析：首先，可知不同的输入半径、不同的波长、输出曲线的形状大致一致，都是凹形曲线，存在极小值的点，腔长为半径的一半时，球面发射镜的焦点与平面镜和轴的交点，即稳定平凹腔的等效共焦腔的球面和r一致，得到最小发散角。r的值不同会影响发散角，r越大发散角越小类似地，不同的波长值也影响发散角，并且波长越小，发散角越小这是从函数理论中得出的发散角为r，是一个单调的函数当L=R-L，即L=R/2时，分母最大并且相应的发散角最小。课题4设计任务：实验测量半导体发光二极管的结偏压和注入电流的数据Vj(v )1.002.002.012.022.032.04Ij(A )0.0000.0490.0730.1100.1690.265Vj(v )2.052.062.072.082.092.10Ij(A )0.4220.6841.1261.8753.1575.360根据该组数据，可构建合适的数学模型，根据结电压计算注入电流，绘制发光二极管的电流-电压特性曲线。1 .课题要求： (1)调节具有输入输出接口的输入值。 得到不同的结果。(2)画曲线，分析电流-电压特性。参考： 光电子器件与OEIC模拟第二章，第三章二.课题分析和设计思路：由于在本论文中表示的电压值全部为正，所以我们所研究的发光二极管的电压电流特性也是正偏置的情况。根据给定的12点数据，制作曲线，必须从曲线中读取值。这种情况下，通过内插模拟和曲线的制作，MATLAB提供了丰富的内插函数，为了实现，使用1维内插函数inter1进行模拟，从模拟和后面的曲线读出不同偏压下的电流值。实现的关键是拟和。在给出的12点中，除了最初的点以外与x轴均匀分布，与此相对，最初的第2点的跨度较大，从实践上来看，如果图表中包含最初的点的话， 1，2 区间会发生大的摇晃，无法反映整体的倾向。 因此，为了将横轴设为“2”，并且为了避免这种干扰，在图表中未示出点(1，0 )，但是可从曲线趋势中发现。考虑到输出时的问题，可以认为在 1，2 区间电流值非常小，因此线性且简单地拟合，在原曲线上在 1，2 区间得到可靠的注入电流值。3 .模型的建立和编程：问题的实现分两个阶段1 .曲线拟合将输入了12个值的数据放入矩阵变量中，使用一维插值函数进行拟合并显示。实现函数部分如下：global v；global Vj；global Ij；v=1； 输入%的电压值VJ=1. 002.002.012.02.032.042.052.062.072.082.092.10 ；ij=0. 0000.0490.0730.1100.1690.2650.422.6811.1261.8753.157.306 ；%输入要插值的数据x=1:0.01:2.12； %插补横轴范围y=interp1(Vj，Ij，x，spline) %3次样条插值axes(handles.axes2)cla；plot(Vj，Ij，*.x，y，m )，axis(1.99 2.12 0 8 )。%显示图形，并确定垂直轴的范围，包括原始输入的点和拟合的曲线，以防止抖动grid on； %网格显示2 .输入偏置值输出注入电流输入量u、输出量I实现函数部分如下：global v；v=str 2双精度(get (h object，String ) )%v是接收输入偏置值的变量if (v2) (v=1) )结果=0. 049 * (v-1 )elseresult=interp1(Vj，Ij，v，spline )结束；%result是根据拟合和决定的偏置电压v的注入电流，v在区间 1，2 时为线性拟合和输出值set(handles.edit7，String，num2str(result ) )在接口输出框中显示%电流值axes(handles.axes2)cla；plot(Vj，Ij，x，y，m，v，结果，ob )，axis(1.99 2.12 0 8 )。grid on；if (v=1)长度(the first point (1.00，0.000 ) is omitted.)else if (v=2.05)(v1.0) legend (电压引起的电流变化小)else if (v2.05) legend (电流随电压变化较大)else legend(invalid，0 )结束； 结束； 结束；%根据输入情况显示不同的特性4 .模拟调试和结果分析：1 .输出的二极管电流-电压曲线2 .输入不同的偏置电压，计算注入电流如果在接口的输入框中输入U=1，则输出框显示为0如果输入U=1.4，则显示0.016如果输入U=2.09，则显示3.1573 .结果分析：该仿真和曲线图验证了二极管的典型电压-电流特性，只有在正向偏置时超过某一数值时才有明显的电流，称该电压为导通电压，反映在具体数据中可视为2V，超过2V后，电流随电压急速增加。 在图表显示区域内，呈现类似指数变化规则的图形的最后一段显示了近似线性的变化规则。b类：挑战7光电子器件的参数计算：(1)设计任务：计算光电探测器的光电流。1 .设计要求：1.有输入输出接口2 .可以任意输入参数3 .以模拟方式输入一系列数据(数据值必须实际相当)，并得出结果。参考：教科书p562 .挑战分析：由于此设计单元执行数值计算，因此可以编辑相应数量的输入框和相应数量的输出框，而与图像无关。光电探测器的光电流计算包括11个变量：二极管截面积a、p区域掺杂浓度Na、n区域掺杂浓度Nd电子扩散系数Dn、空穴扩散系数Dp、少数电子载流子寿命少数空穴载流子寿命、电子空穴对光产生率GL反向偏压v、温度tp-n结基质影响本征载流子浓度计算得出四个中间结果：电子扩散长度Ln、空穴扩散长度Lp、内置电压Vbi、耗尽层宽度w最终结果：光电流I其中有判断过程，计算出的Ln和Lp与w相比非常小时可以将光电流作为瞬时电流，这里不作判断，可以得到正确的结果。适当的公式如下：灬灬灬3 .设计思路：虽然t的差异会影响本征载波浓度和内置电压的值，但是为了简化问题，我们这里仅计算300K的温度差，即，仅在常温下的差异。由于不同的基质具有不同的固有载流子浓度，GaAs也是重要的探针物质，因此设计小区选择不同的物质得到相应的载流子浓度，给出Si、Ge.GaAs三种常见基质。为每个输入变量设置适当的默认值。4 .模型的建立和编程：这个问题仅仅是计算就很简单，所以直接表示部分函数的实现a=1.0e4；na=2.0e16；nd=1.0e16；dn=20；dp=12；tn=1.0e-8；tp=1.0e-8；gl=1.0e22；v=2；ni=0；%设置每个参数的默认值global t；contents=get(hObject，String )t=contentsget(hObject，Value)；if (t=Ge) ni=2.4e13else if (t=Si) ni=1.5e10else if (t=As) ni=1.1e7else ni=0结束； 结束； 结束；%从下拉框中获取选择的基质，转换成响应固有浓度ln=sqrt(dn*tn)*1.0e4；lp=sqrt(dp*tp)*1.0e4；VBI=0.026 *日志(na * nd/ni 2. )w=sqrt (1.32 E7 * (NAND )/na/nd ) * (vbiv ) ) * 1.0e 4；I=(1.6e-19 ) * a * (1.0e-12 ) * GL * (wl NLP ) * 1.0e 3；每%步骤计算set(handles.edit10，String，num2str(ln ) )set(handles.edit11，String，num2str(lp ) )set(handles.edit12，String，num2str(w ) )set(handles.edit13，String，num2str(vbi ) )set(handles.edit14，String，num2str(i ) )结束；将结果输出到%输出框5 .模拟调试和结果分析：(1)选择si及所有默认值Ln=4.4721umLp=3.4641umW=0.73324um Vbi=0.71534VI=0.13871mA选择GeLn=4.4721um Lp=3.4641umW=0.67947um Vbi=0.3317VI=0.13785mA选择GeAsLn=4.4721um Lp=3.4641umW=0.78227umVbi=1.0907VI=0.1395mA在该条件下，本征载流子浓度的差引起内建电压的较大差异，但由于耗尽层比扩散区域的宽度小，因此差异小，光电流小(2)缩短载体寿命，设为0.1ns得到三个长度(Si )ln=0.44721 umlp=0.34641 umw=0.73324 um已处于相同数量级但是，由于w增大，光电流减少(3)增大掺杂浓度： Na=2*1018cm-3、Nd=1018cm-3结果(Si) Ln=4.4721um Lp=3.4641umW=0.um Vbi=0.95481VI=0.1282mA可知增大浓度时，内置电压增加，但耗尽层宽度大幅度减少，光电流相应地减少(4)增大反偏压，在Si的情况下设为V=4V，其他条件不变，W=0.96625um，I=0.14244因此，增大偏置电压会增加一定的光电流，但不太显着。(5)显然，增大截面积a和提高发生率g直接增大光电流，每提高一位数就提高一位数是提高最有效光电流的方法。(6)因为扩散系数一般是一定的值，所以在模拟中尽量不变化，并且在不同的情况下的