《光電綜合設(shè)計(jì)》題目B070404

本文格式為Word版，下載可任意編輯——《光電綜合設(shè)計(jì)》題目（B0704042023級(jí)《光電綜合設(shè)計(jì)》題目

學(xué)號(hào)為3n（n＝0，1，2，3）的同學(xué)做第一組題目；學(xué)號(hào)為（3n＋1）的同學(xué)做其次組題目；學(xué)號(hào)為（3n＋2）的同學(xué)做第三組題目。

第一組：

A1：高斯光束特性參數(shù)的仿真計(jì)算

設(shè)計(jì)任務(wù)：

某平凹腔激光器，若已知凹面鏡曲率半徑R，腔長(zhǎng)L及激光波長(zhǎng)?。求它所產(chǎn)生的高斯光束的腰斑半徑?0的大小和位置，以及該高斯光束發(fā)散角?0的大小。設(shè)計(jì)要求：

（1）具有友好輸入輸出界面；

（2）可改變參數(shù)值（曲率半徑R，腔長(zhǎng)L、激光波長(zhǎng)?），查看結(jié)果變化狀況；（3）比較所得結(jié)果，分析曲率半徑、腔長(zhǎng)以及激光波長(zhǎng)分別對(duì)高斯光束的腰斑半徑和發(fā)散角有何影響。

參考：《激光原理》高斯光束

A2：光電探測(cè)器光電流的計(jì)算

設(shè)計(jì)任務(wù)：

計(jì)算光電探測(cè)器的光電流。設(shè)計(jì)要求：

（1）具有友好輸入輸出界面；（2）參量可任意輸入；

（3）模擬輸入一組數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)值應(yīng)與實(shí)際相當(dāng)），給出結(jié)果。參考：《光電子學(xué)》光電探測(cè)器

B1：橢圓偏振光的仿真計(jì)算

設(shè)計(jì)任務(wù)：

EyEx2ExEy根據(jù)橢圓偏振光公式：()?()?2()()cos??sin2?

E0xE0yE0xE0y（1）做出對(duì)應(yīng)不同?值的橢圓偏振圖；（2）兩橢圓（包括圓）偏振光的疊加。設(shè)計(jì)要求：

（1）具有友好輸入輸出界面；

（2）可根據(jù)輸入的不同參數(shù)值，查看結(jié)果。

參考：《物理光學(xué)》橢圓偏振光

B2：半導(dǎo)體激光器靜態(tài)特性的計(jì)算

設(shè)計(jì)任務(wù)：

仿照《光電子學(xué)》課本，用線性擬合方法求半導(dǎo)體激光器的閾值電流密度、微分量子效率。設(shè)計(jì)要求：

（1）具有友好輸入輸出界面；（2）參量可任意輸入；

（3）模擬輸入一組數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)值應(yīng)與試驗(yàn)相當(dāng)，考慮適合的間隔），給出結(jié)果。參考：《光電子學(xué)》半導(dǎo)體激光器靜態(tài)特性

C、光學(xué)系統(tǒng)中的物像關(guān)系

設(shè)計(jì)任務(wù)：

（1）已知R1?100mm,R2?50mm,d1?8mm,d2?20mm,R3?200mm,

R4?120mm,d3?3mm，確定上圖所示光學(xué)系統(tǒng)的主面、焦點(diǎn)位置，以及焦距；

（2）對(duì)任意輸入的物距l(xiāng)、物高y，計(jì)算出像距l(xiāng)?、像高y?。

①h=10mm像面R1R2R3R4n1n2d1設(shè)計(jì)要求：

d2d3l4?

（1）具有友好輸入輸出界面；

（2）可根據(jù)輸入的不同參數(shù)值，查看結(jié)果。參考：《應(yīng)用光學(xué)》光學(xué)系統(tǒng)中成像原理

其次組：

A1：光學(xué)諧振腔的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)任務(wù)：

有一平面鏡和曲率半徑為R的凹面鏡，畫出光束發(fā)散角與腔長(zhǎng)L的關(guān)系曲線。設(shè)計(jì)要求：

（1）具有友好輸入輸出界面；

（2）可輸入不同凹面鏡曲率半徑值，查看結(jié)果變化狀況。參考：《激光原理》光學(xué)諧振腔與激光模式

A2：光電三極管增益的仿真計(jì)算

設(shè)計(jì)任務(wù)：

計(jì)算光電三極管的增益。設(shè)計(jì)要求：

（1）具有友好輸入輸出界面；（2）參量可任意輸入；

（3）模擬兩種輸入電流下的增益（數(shù)據(jù)值應(yīng)與實(shí)際相當(dāng)），進(jìn)行對(duì)比并給出結(jié)果。參考：《光電子學(xué)》光電探測(cè)器

B1：高斯光束傳播軌跡的模擬

設(shè)計(jì)任務(wù)：

作圖表示高斯光束的傳播軌跡

（1）基模高斯光束在自由空間的傳播軌跡；（2）基模高斯光束經(jīng)單透鏡變換前后的傳播軌跡；（3）基模高斯光束經(jīng)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡變換前后的傳播軌跡。設(shè)計(jì)要求：

（1）具有友好輸入輸出界面；

（2）可改變參數(shù)值（腰斑半徑?0，高斯光束束腰距單透鏡距離z1，透鏡焦距f），查看結(jié)果。

參考：《激光原理》高斯光束

B2：半導(dǎo)體中載流子濃度的計(jì)算分析

設(shè)計(jì)任務(wù)：

若鍺中含有一定數(shù)量的雜質(zhì)元素Sb，試根據(jù)要求分析雜質(zhì)濃度與電離度以及電離溫度之間的關(guān)系：

（1）當(dāng)Sb濃度分別為10cm和1017cm?3時(shí)，計(jì)算雜質(zhì)99％，90％和50％電離時(shí)的溫度各為多少？

（2）根據(jù)一定雜質(zhì)類型和雜質(zhì)濃度，畫出電離度和溫度的關(guān)系圖線，并確定半導(dǎo)體處于強(qiáng)電離區(qū)（電離度>90％）的溫度范圍。設(shè)計(jì)要求：

（1）具有友好輸入輸出界面；

（2）調(diào)整輸入數(shù)據(jù)，得出相應(yīng)結(jié)果，并進(jìn)行分析。參考：《固體電子導(dǎo)論》載流子濃度

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C：多縫衍射光強(qiáng)分布計(jì)算仿真

設(shè)計(jì)任務(wù)：

利用計(jì)算機(jī)模擬顯示Fraunhofer多縫衍射的光強(qiáng)分布曲線分別作出：（1）多縫干擾光強(qiáng)分布曲線；（2）單縫衍射光強(qiáng)分布曲線；（3）多縫衍射光強(qiáng)分布曲線；

（4）分別作出以上分布曲線對(duì)應(yīng)的圖樣；（5）當(dāng)遮住偶數(shù)縫時(shí)相應(yīng)的光強(qiáng)分布圖；（6）當(dāng)遮住3的倍數(shù)縫時(shí)相應(yīng)的光強(qiáng)分布圖。探討：

（1）多縫干擾隨……..變化而變化，.…..增大，光強(qiáng)……（2）單縫衍射隨……..變化而變化，…...增大，衍射光強(qiáng)……

（3）多縫衍射隨……..變化而變化，…...增大，衍射光強(qiáng)……，兩個(gè)主極大之間有……微小，有..….次極大…...設(shè)計(jì)要求：

（1）有友好輸入輸出界面；

（2）對(duì)影響光強(qiáng)分布的一些參數(shù)（如縫寬a、縫周期d、光波波長(zhǎng)?，縫數(shù)N等）可調(diào)，并可根據(jù)調(diào)整的參數(shù)作出相應(yīng)的光強(qiáng)分布曲線和圖樣。

N??2?sin?sin???2提醒：多縫衍射光強(qiáng)公式I?I0??????sin??2?參考：《物理光學(xué)》多縫衍射

???，為計(jì)算便利，可以取I0?1。???2第三組：

A1：半導(dǎo)體激光器動(dòng)態(tài)特性計(jì)算

設(shè)計(jì)任務(wù)：

一個(gè)1.55?m的半導(dǎo)體激光器，在溫度300K時(shí)其閾值電流密度是350A/cm2，nth=2.2×1018cm-3，?r=2.3ns，有源區(qū)的寬度是10nm。

（1）若激光器的起始電流密度是0，請(qǐng)用Matlab編程畫出延遲時(shí)間td隨最終電流密度J的變化曲線，J的范圍是從1.2倍Jth到3.5倍Jth。

（2）若激光器的起始電流密度是0.5倍Jth，同樣畫出延遲時(shí)間td隨最終電流密度J的變化曲線，J的范圍是從1.2倍Jth到3.5倍Jth。設(shè)計(jì)要求：

（1）具有友好輸入輸出界面；

（2）調(diào)整輸入數(shù)據(jù)，得出相應(yīng)結(jié)果，并進(jìn)行分析。參考：《光電子學(xué)》半導(dǎo)體激光器的動(dòng)態(tài)特性

A2：LED電流—電壓特性曲線仿真

設(shè)計(jì)任務(wù)：

試驗(yàn)測(cè)得半導(dǎo)體發(fā)光二極管結(jié)偏壓與注入電流的一組數(shù)據(jù)為：Vj(v)Ij(A)Vj(v)Ij(A)1.000.0002.050.4222.000.0492.060.6842.010.0732.071.1262.020.1102.081.8752.030.1692.093.1572.040.2652.105.360試根據(jù)該組數(shù)據(jù)，建立適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，可根據(jù)結(jié)電壓計(jì)算相應(yīng)注入電流，并畫出發(fā)光二極管的電流—電壓特性曲線。設(shè)計(jì)要求：

（1）具有友好輸入輸出界面；（2）可調(diào)理輸入值，得到不同結(jié)果。（3）畫出曲線，并分析電流－電壓特性。參考：《光電子學(xué)》LED特性參數(shù)

B1：高斯光束透鏡變換特性的分析

設(shè)計(jì)任務(wù)：

已知高斯光束腰斑半徑?0，沿z軸傳播

（1）畫出該高斯光束在均勻介質(zhì)中的傳播軌跡；

（2）若已知該高斯光束束腰距單透鏡距離z1，透鏡焦距f，求經(jīng)單透鏡后出射光束束腰的半徑?0?及束腰距透鏡距離z2；

（3）作圖表示：

①高斯光束單透鏡變換中的束腰位置關(guān)系（即q0f分別等于0,0.4,0.5,1,5時(shí)，；z2f?1隨z1f?1變化的關(guān)系曲線）

②束腰光斑半徑的變換關(guān)系（即q0f分別等于0,0.4,0.5,1,5時(shí)，?02變化的關(guān)系曲線）。設(shè)計(jì)要求：

（1）具有友好輸入輸出界面；

（2）可改變參數(shù)值（?0，z1，f），查看結(jié)果。參考：《激光原理》高斯光束

?01隨z1f?1

B2：光波在介質(zhì)面上反射折射仿真計(jì)算

設(shè)計(jì)任務(wù)：

根據(jù)菲涅耳公式和反射、折射定律，當(dāng)入射角?i?[0,?2]時(shí)，

???????（1）求kt,kr與ki的關(guān)系，以及Erp、Ers、Ets、Etp的方向；

（2）作出rs、rp、t、tp隨入射角?i的變化曲線；s（3）作出R隨?i的變化曲線。設(shè)計(jì)要求：

（1）具有友好輸入輸出界面；（2）可輸入不同的入射角，查看結(jié)果。參考：《物理光學(xué)》光波在介質(zhì)面上的反射和折射

C：平行平面腔模的迭代解法

設(shè)計(jì)任務(wù)：

設(shè)平行平面腔為對(duì)稱條狀腔，反射鏡寬度為2a?25?，腔長(zhǎng)L?100?，利用條狀腔的模式迭代方程，演示平行平面腔中自再現(xiàn)模的形成過程。作出第1次和第300次渡越后的振幅和相位分布曲線。設(shè)計(jì)要求：

（1）具有友好界面；

（2）可輸入不同渡越次數(shù)和波長(zhǎng)?，查看結(jié)果。參考：《激光原理》光學(xué)諧振腔與激光模式

附件一：光電綜合設(shè)計(jì)報(bào)告格式（只允許手寫，圖形可打印貼圖）

學(xué)號(hào)：B07040XXX姓名：（此部分在封面上）

一、課題1：課題名稱

1.課題任務(wù)要求及技術(shù)指標(biāo)

簡(jiǎn)要描述課題要求、指標(biāo)等。2.課題分析及設(shè)計(jì)思路

簡(jiǎn)述對(duì)課題的分析和設(shè)計(jì)思路，包括對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的功能分析、實(shí)現(xiàn)思路和難點(diǎn)的描述。

3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)（建模）

給出符合設(shè)計(jì)要求的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)圖和及相關(guān)說明等。4.仿真結(jié)果與結(jié)果