1、光電綜合設計 學院：光電工程學院專業：光電信息工程 姓名：徐一 學號：B120604022016年1月4日2016年1月15日目 錄一、課題1：半導體中載流子濃度的計算分析11.1.課題任務要求及技術指標11.2.課題分析及設計思路11.3.系統設計（建模）11.4.仿真結果與結果分析2二、課題2：光學系統中的物像關系42.1.課題任務要求及技術指標42.2.課題分析及設計思路42.3.系統設計（建模）52.4.仿真結果與結果分析7三、課題3：橢圓偏振光的仿真計算93.1.課題任務要求及技術指標93.2.課題分析及設計思路93.3.系統設計（建模）93.4.仿真結果與結果分析10四、課題7：光

2、學諧振腔的設計133.1.課題任務要求及技術指標33.2.課題分析及設計思路33.3.系統設計（建模）33.4.仿真結果與結果分析3五、課題11：光電探測器光電流的計算33.1.課題任務要求及技術指標33.2.課題分析及設計思路33.3.系統設計（建模）33.4.仿真結果與結果分析3六、課程設計小結4一、課題1：半導體中載流子濃度的計算分析1.1.課題任務要求及技術指標設計任務：若鍺中含有一定數量的雜質元素Sb，試根據要求分析雜質濃度與電離度以及電離溫度之間的關系：（1）當Sb濃度分別為和時，計算雜質99，90和50電離時的溫度各為多少？（2）根據一定雜質類型和雜質濃度，畫出電離度和溫度的關系

3、圖線，并確定半導體處于強電離區（電離度>90）的溫度范圍。設計要求：（1）具有友好輸入輸出界面； （2）調整輸入數據，得出相應結果，并進行分析。1.2.課題分析及設計思路本題是已知摻雜一定數量雜質的半導體，分析其雜質濃度、電離度及電離溫度之間的關系，并且在已知雜質濃度的條件下根據電離度計算溫度。由固體電子導論中載流子濃度的知識，隨著溫度升高，電離程度加大，載流子濃度也增加，但溫度進一步升高后，雜質全部電離，此時以本征激發為主，載流子濃度迅速增加，本題中鍺中摻Sb時，形成n型半導體，任務是要作出一定摻雜濃度下電離度和溫度的關系曲線，計算公式如下：濃度為1014時電離度與溫度的關系式為：D=

4、1-exp(116./T)*10(14)/10(15)./T.(1.5)濃度為1017時電離度與溫度的關系式為：D=1-exp(116./T)*10(17)/10(15)./T.(1.5)1.3.系統設計（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.仿真結果與結果分析由程序運行結果可以得出在不同的雜質濃度下電離度與溫度的關系曲線，并且可以進一步發現，在雜質濃度一定的條件下，隨著溫度的升高，電離度也越來越大，并且逐漸趨于飽和，此時半導體中為高溫本征激發。二、

7、課題2：光學系統中的物像關系2.1.課題任務要求及技術指標設計任務：（1）已知，確定上圖所示光學系統的主面、焦點位置，以及焦距；（2）對任意輸入的物距、物高，計算出像距、像高。設計要求：（1）具有友好輸入輸出界面；（2）可根據輸入的不同參數值，查看結果。2.2.課題分析及設計思路題目要求確定由凹凸透鏡所確定的光學系統的主面、焦點位置及焦距，根據應用光學相關知識，平行光入射及平行光出射可分別確定焦點及主面所在位置，進而可以計算出焦距，如平行光入射光學系統可以確定像方焦點和像方主平面的位置，像方焦距隨之確定，物方有關參量以此類推。本題中可將凹透鏡與凸透鏡看成兩個單獨的系統，分別確定各自的焦點、主面

8、及焦距，再根據理想光學系統的組合知識即可計算出組合系統的相關參量。 其中，以焦點為坐標原點計算物距和像距的物象公式叫牛頓公式:xx=ff高斯公式:f/l+f/l=1本題中主要運用的公式為:L=(-R*d)/(n*(R-R)+(n-)*d)2.3.系統設計（建模）插入圖片：handles.output = hObject;himage=findobj('tag','axes1');axes(himage);logo=imread('B.jpg');image(logo);set(himage,'visible','off&#

9、39;);計算光學系統參量：if(isempty(get(handles.edit1,'String') | isempty(get(handles.edit2,'String') msgbox('請輸入折射率','出錯啦.');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 %組合系統四個獨立的主面位置 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('請先計算像方焦距','出錯啦.');else l=str2num(get(handles.edit12,'String')%物距 y=str2num(get(handles.edit13,'String')%物高 if(isempty(l) msgbox('請輸入物距','出錯啦.'); else if(isempty(y) msgbox('請輸入物高&

14、#39;,'出錯啦.'); 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.仿真結果與結果分析經過多次模擬可以看出物方和像方兩焦距之間存在一定關系，大致符合f/f=n/n，并且在凸透鏡折射率和凹透鏡折射率大小關系改變情況下，兩焦點F和F位置表現出明顯差異，程序數據與理論值相符。三、課題3：橢

15、圓偏振光的仿真計算3.1.課題任務要求及技術指標設計任務：根據橢圓偏振光公式：（1）做出對應不同值的橢圓偏振圖；（2）兩橢圓（包括圓）偏振光的疊加。設計要求：（1）具有友好輸入輸出界面；（2）可根據輸入的不同參數值，查看結果。3.2.課題分析及設計思路題目要求作出不同值的橢圓偏振光，并且給出了橢圓偏振光的公式，橢圓根據物理光學相關知識，我們知道橢圓偏振光可看做兩個振動方向相互垂直的線偏振光疊加而成，線偏振光的振動幅度及兩者之間的相位差不同，疊加而成的橢圓偏振光也不同，兩者相互疊加可構成線偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光。據此，若已知兩個相互垂直的線偏振光的振幅大小和相位差便可作出對應的橢圓偏振光。

16、3.3.系統設計（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