南邮光电综合设计

1、光电综合设计学院：光电工程学院专业：光电信息工程姓名：徐一学号： B120604022016年1月4日2016年1月15日一、 课题1:半导体中载流子浓度的计算分析 11.1. 课题任务要求及技术指标 112课题分析及设计思路 11.3. 系统设计（建模） 214 仿真结果与结果分析 2二、 课题2 :光学系统中的物像关系 42.1. 课题任务要求及技术指标 422课题分析及设计思路 42.3. 系统设计（建模） 52.4. 仿真结果与结果分析 7三、 课题3 :椭圆偏振光的仿真计算 93.1. 课题任务要求及技术指标 93.2. 课题分析及设计思路 93.3. 系统设计（建模） 93.4.

2、仿真结果与结果分析 10四、 课题7 :光学谐振腔的设计 133.1. 课题任务要求及技术指标 133.2. 课题分析及设计思路 133.3. 系统设计（建模） 143.4. 仿真结果与结果分析 1613五、课题11:光电探测器光电流的计算3.1.课题任务要求及技术指标 1332课题分析及设计思路 1333系统设计（建模） 1434 仿真结果与结果分析 16六、课程设计小结 18、课题1 :半导体中载流子浓度的计算分析1.1. 课题任务要求及技术指标设计任务：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1014cm和1017cm

3、-时，计算杂质99 %, 90%和50%电离时的 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：(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. 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

4、，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)*10A(14)/10A(15)./T.A(1.5)浓度为1017时电离度与温度的关系式为：D=1-exp(116./T)*10A(17)/10A(15)./T.A(1.5)1.3. 系统设计(建模)global a;global b;c仁solve(116/T=1.5*log(T)-23);c2=solve(116/T=1.5*log(T)-9.2);c3=solve(116/T=1.5*log(T);c4=solve(116/T=1.5*l

5、og(T)-6.9);c5=solve(116/T=1.5*log(T)+3);c6=solve(116/T=1.5*log(T)-3.9);set(ha ndles.edit1,Stri ng,);switch acase 1if b=1set(ha ndles.edit1,Stri ng,double(c1); elseif b=2;set(ha ndles.edit1,Stri ng,double(c3);elseif b=3;set(ha ndles.edit1,Stri ng,double(c5); en d;case 2if b=1set(ha ndles.edit1,Stri n

6、g,double(c2);elseif b=2;set(ha ndles.edit1,Stri ng,double(c4); elseif b=3;set(ha ndles.edit1,Stri ng,double(c6); en d;end1.4. 仿真结果与结果分析电离度和温度的关系曲线Il沐度 24.2534 KQ半导如锻淤子浓M计寫分忻B12O3O4O8I- - 电离度和通匿矗关系曲彖:衣愷(0(113)电盅I?lOM7|099计算|T= 532.955 K强电离条件下T 160.883 K液蔭 Crfi j |i(ri7_1电实度和温度的关系曲维0 90B1C 07#O.B0 5別

7、1N 150 2M 250 3fl0 35D4004別500560:R氏温废K0.4El锌时龄珈e：戦+再轴迪咖e*亠上壬电离度和温度的关系曲线计算T= 160883 K强电离条件下T 160.883 K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。二、课题2 :光学系统中的物像关系2.1. 课题任务要求及技术指标设计任务：（1）已知 R1 = 100mm, R2 = 50mm,a = 8mm, d2 = 20mm, R 200mm,R4 =120mm,d

8、3 =3mm，确定上图所示光学系统的主面、焦点位置，以及焦距；（2）对任意输入的物距|、物高y，计算出像距、像高y。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. 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,像方焦距随之确定，物方有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,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

9、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)23系统设计(建模)插入图片：han dles.output = hObject;himage=fi ndobj(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(ha ndles.edit1,Stri ng) | isempty(get(ha ndles

10、.edit2,Stri ng)msgbox(请输入折射率,出错啦.);elsen仁str2 num(get(ha ndles.edit1,Stri ng); n2=str2 nu m(get(ha ndles.edit2,Stri ng); 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

11、-R3)+( n2-1)*d3)f1=-R1./( n1-1)f2=n 1.*R1./( n1-1)f3=n 1*R2./(n 1-1)f4=-R2./( n1-1)S=d1-f2+f3ff1=-f2.*f4./sff2=-ff1f1=-R3./(n 2-1);f2=n2.*R3./( n2-1);f3=n2*R4./(n 2-1);f4=-R4./(n 2-1);S=d3-f2+f3ff3=-f2.*f4./sff4=-ff3%组合系统四个独立的主面位置Fx1=ff2+lh1Fx2=d1+lh2+ff1Fx3=d1+d2+lh3+ff4Fx4=d1+d2+d3+lh4+ff3%s=d2-lh

12、2+lh3-ff1+ff4s=Fx3-Fx2xF 仁-ff3.*ff4/s %XFxF2=ff2.*ff1/s %XFx仁 Fx1+xF2%Fx2=Fx4+xF1 %Ffff仁-fl.*f3./s %fff2=f2.*ff4./s %fx3=x1+fff1 %主面位置x4=x2-fff1 %主面位置set(ha ndles.edit16,Stri ng,n um2str(x1);set(ha ndles.edit17,Stri ng,n um2str(x2);set(ha ndles.edit4,Stri ng, nu m2str(x3);set(ha ndles.edit18,Stri ng

13、,n um2str(x4);set(ha ndles.edit3,Stri ng, nu m2str(ff2);set(ha ndles.edit19,Stri ng, nu m2str(fff1); guidata(hObject, han dles);Endif (isempty(i nput)msgbox(请先计算像方焦距,出错啦.)；elsel=str2 num(get(ha ndles.edit12,Stri ng)%物距y=str2 num(get(ha ndles.edit13,Stri ng)%物高if(isempty(l)msgbox（请输入物距,出错啦.）;else if(

14、isempty(y)msgbox(请输入物高,出错啦)；elsef=input;%像方焦距I1=l.*f./(f+l) % 像距b=l1./l%放大率y1=b.*y% 像高set(ha ndles.edit14,Stri ng,n um2str(l1);set(ha ndles.edit15,Stri ng,n um2str(y1);endend2.4. 仿真结果与结果分析标F独E：| -13S37&mm凸曲IS忙翻工| 1.5| 1KO309mm圭阿血!|mm| -5 25mm卿 I| -1VZB3Bmm比方期| 117 JflSBmm羊得1|30 mm倔I23BBS3mffi IQmm席禹

15、7 9631rrwn itil 1物惊关系显示面板I,* 41=1羸点Fg：| -1O3C1J1mm凸ifiiS厅刖车|11imiisigmmHESI -7+77GmmJiii凯折明疋1.2主面H世盘1 9S55mm1鶴方:wm| 1Q1 1344Mffl伸算ft方芦拒| Ifrl 1344mm爲睦| somm債并 | 13.1-Bflrwi如|10mm*1*1 | ?.?I23nvn:魁;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 7f=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。三、课题3 :椭圆偏

16、振光的仿真计算3.1.课题任务要求及技术指标设计任务:根据椭圆偏振光公式：（詐 吨?（E：）C0S f（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：（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. 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

17、的振幅大小 和相位差便可作出对应的椭圆偏振光。33系统设计（建模）X=str2 num(get(ha ndles.editx,Stri ng);Y=str2 num(get(ha ndles.edity,Stri ng);a=str2 nu m(get(ha ndles.edita,Stri ng);syms x yf=(x./X).A2+(y./Y).A2-2.*(x./X).*(y./Y).*cos(a)-si n( a).*si n(a); axes(ha ndles.axesl);ezplot(f,-2*X,2*X);grid on;guidata(hObject, han dles)

18、;X=str2 num(get(ha ndles.editx2,Stri ng);Y=str2 nu m(get(ha ndles.edity2,Stri ng);a=str2 nu m(get(ha ndles.edita2,Stri ng);%a=pi/2;syms x yf=(x./X).A2+(y./Y).A2-2.*(x./X).*(y./Y).*cos(a)-si n( a).*si n(a); axes(ha ndles.axes2);ezplot(f,-2*X,2*X);grid on;guidata(hObject, han dles);X=str2 num(get(ha ndles.editx,Stri ng);Y=str2 num(get(ha ndles.edity,Stri ng);a=str2 nu m(get(ha ndles.edita,Stri ng);%a=pi/2