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日目 录一、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11.2.课题分析及设计思路11.3.系统设计（建模）11.4.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42.2.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.仿真结果与结果分析10四、课题7：光

2、学谐振腔的设计133.1.课题任务要求及技术指标33.2.课题分析及设计思路33.3.系统设计（建模）33.4.仿真结果与结果分析3五、课题11：光电探测器光电流的计算33.1.课题任务要求及技术指标33.2.课题分析及设计思路33.3.系统设计（建模）33.4.仿真结果与结果分析3六、课程设计小结4一、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浓度分别为和时，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

3、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，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=

4、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.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('11

5、6/T=1.5*log(T)+3');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); e

6、nd; 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; end1.4.仿真结果与结果分析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。二、

7、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，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，计算出像距、像高。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，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

8、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)2.3.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&#

9、39;);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

10、)+(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 f1=-R3./(n2-1); f2=n2.*R3./(n2-1); f3=n2*R4./(n2-1); f4=

11、-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

12、 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',n

13、um2str(fff1); guidata(hObject, handles);Endif (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&

14、#39;,'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 end2.4.仿真结果与结果分析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。三、课题3：椭

15、圆偏振光的仿真计算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：（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的振幅大小和相位差便可作出对应的椭圆偏振光。

16、3.3.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 yf=(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=str2nu

17、m(get(handles.editx2,'String');Y=str2num(get(handles.edity2,'String');a=str2num(get(handles.edita2,'String');%a=pi/2;syms x yf=(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(han

18、dles.editx,'String');Y=str2num(get(handles.edity,'String');a=str2num(get(handles.edita,'String');%a=pi/2;syms x yf1=(x./X).2+(y./Y).2-2.*(x./X).*(y./Y).*cos(a)-sin(a).*sin(a);X2=str2num(get(handles.editx2,'String');Y=str2num(get(handles.edity2,'String');a=str2num(get(handles.edita2,'String');%a=pi/2;syms x yf2=(x./X2).2+(y./Y).2-2.*(x./X2).*(y./Y).*cos(a)-sin(a).*sin(a);f=f1+f2;axes