南邮光电综合设计报告

课程设计报告B01060704 严丹A3.1．课题要求：一个1.55m μ,的半导体激光器，在温度300K 时其阈值电流密度是350A/㎝2,n th =2.2×1018㎝3-,τr =2.3ns,有源区的宽度是10nm 。

⑴ 若激光器的起始电流密度是0，请用Matlab 编程画出延迟时间t d 随最终电流密度J 的变化曲线，J 的范围是从1.2倍J th 到3.5倍J th 。

⑵若激光器的起始电流密度是0.5倍J th ，同样画出延迟时间t d 随最终电流密度J 的变化曲线，J 的范围是从1.2倍J th 到3.5倍J th 。

设计要求：⑴ 具有输入输出界面；⑵ 调整输入数据，得出相应结果，并进行分析。

参考：《光电子器件》第十一章。

2．课题分析及设计思路：本题涉及到光电子知识，半导体激光器的延迟时间和材料的结构，性质以及驱动电流都有关系，忽略非辐射复合，得到时延公式为：t dlogJ J 0JJ th其中：11r1nrnr1F n th n thFJ th re n th de drn th 3J th350A cm 2，n th2.21018cm 3,r2.3nm本题的任务就是画出在不同J 0值下 随J 变化的函数曲线.3．模型创建与编程：00=J 时的代码：r=2.3; Jth=350; J0=0;J=1.2*Jth:2.5*Jth; td=r.*log((J-J0)./(J-Jth)); axes(handles.axes1); cla;plot(J,td,'b'),grid,xlabel('J/A/cm2'),ylabel('td/ns'),title('J0=0'),axis([400 900 0 4.5]);th J J 5.00 时：r=2.3; Jth=350; J0=0.5*Jth; J=1.2*Jth:2.5*Jth; td=r.*log((J-J0)./(J-Jth)); axes(handles.axes1); cla;plot(J,td,'r'),grid,xlabel('J/A/cm2'),ylabel('td/ns'),title('J0=0.5Jth'),axis([400 900 0 4.5]);4．仿真调试与结果分析：显然，随着初始电流的增大，时延减小。

A4.1． 课题要求：实验测得半导体发光二极管结偏电压与注入电流的一组数据为： Vj(v)1.002.002.012.022.032.04Ij(A) 0.000 0.049 0.073 0.110 0.169 0.265 Vj(v) 2.05 2.06 2.07 2.08 2.09 2.10 Ij(A)0.4220.6841.1261.8753.1575.360试根据该组数据，建立适当的数学模型，可根据结电压计算相应注入电流，并画出发光二极管的电流——电压特性曲线。

设计要求：（1）具有输入输出界面；调节输入值，得到不同结果。

（2）画出曲线，并分析电流——电压特性。

参考：《光电子器件与OEIC 模拟》第二章、第三章2．课题分析及设计思路：调用interp1函数实现连续的一维线性插值，绘出图像。

难点在于插值方法的选择。

3．模型创建与编程： 代码： global volt; global Vj; global Ij;result=interp1(Vj,Ij,volt,'spline');set(handles.edit2,'String',num2str(result));4．仿真调试与结果分析：该拟和图验证了二极管典型的伏安特性，正向偏压时只有超过某一数值时才有明显的电流，该电压称为导通电压，反映在具体数据可以看做为2V ，超过2V 后，电流随电压迅速增长。

在图形显示区域内，呈现出类似指数变化规律；在图形末段已显示出近似线形的变化规律。

B4. 椭圆偏振光的计算机模拟1．课题要求： 公式：220000()()2()()cos sin 2y x x x x y x yE E E EE E E E ϕϕ+-= 设计任务：作出对应不同ϕ值的椭圆偏振图。

设计要求：1.有输入输出界面；2.可根据输入的不同参数值，查看结果。

参考：《物理光学与应用光学》西安电子出版社P242．课题分析及设计思路：由于题中给出的椭圆方程ϕϕ2002020sin cos ))((2)()(=-+yyx x y y x x E E E E E E E E 为隐函数，实现困难。

于是考虑化为参数方程，并设100==y x E E ，有⎩⎨⎧+==)sin(sin ϕt E tE y x 。

3．模型创建与编程： 绘图部分的核心代码： global angel;angel=str2double(get(hObject,'String')); set(handles.slider1,'Value',angel); angel=angel*pi;t=0:0.01:2*pi; x=sin(t); y=cos(t+angel); axes(handles.axes1); cla;plot(x,y),axis('equal'),grid;,xlabel('Ex'),ylabel('Ey')4．仿真调试与结果分析：实用滑块控制相位，界面上还设置了动画绘图按钮，便于看出旋光的方向。

以下是运行界面。

动画抓图：更改相位差可以得到不同的偏振图样。

C1。

激光器模式匹配方案设计：1．课题要求：设计任务：一谐振腔产生单模高斯光束，经单透镜入射到另一谐振腔，自己选择谐振腔参数，设计出该模式匹配系数的具体参数：透镜焦距f ，物方光束束腰到透镜距离1l ,物方光束束腰到透镜距离2l 等。

设计要求：1.有输入输出界面；2.可输入不同谐振腔参数值，查看结果。

参考：《矩阵光学》第三章；《激光原理》第二章 2．课题分析及设计思路：所谓谐振腔匹配，即已知两个谐振腔出光参数的情况下通过一个单透镜合理放置使前一个腔的出光与后一个腔的出光重合，实现匹配震荡。

利用高斯光束的单透镜变换公式可以推导：0201202011q q f f z -±=ωω，0201201022q q f f z -±=ωω；联立，可以解出当0201q q ≠时4)4)((42220201220200--+++-=A A q q A z z z f ；当0201q q =时02012204z q q A z f +=；其中01020201ωωωω+=A ，210z z z +=。

本题的难点在于公式的推导和根的取舍。

考虑两种实用的情况：一种是已知两个腔之间的间距，求透镜和位置；另一种是已知透镜，求间距和位置。

3．模型创建与编程： 情况一的核心代码： global q01; global q02; global lembda; global z1; global z2; global z1x; global z2x; global z0; global f; global draw;w01=sqrt(q01*lembda/pi); w02=sqrt(q02*lembda/pi);A=w01/w02+w02/w01;if q01~=q02f=(sqrt(4*z0^2+(z0^2+A^2*q01*q02)*(A^2-4))-2*z0)/(A^2-4); elsef=(z0^2+A^2*q01*q02)/(4*z0);endz1=f+(w01/w02)*sqrt(f^2-q01*q02);z1x=f-(w01/w02)*sqrt(f^2-q01*q02);z2=f+(w02/w01)*sqrt(f^2-q01*q02);z2x=f-(w02/w01)*sqrt(f^2-q01*q02);if (abs(z1+z2-z0)>0.000001)z1=NaN;z2=NaN;endif (abs(z1x+z2x-z0)>0.000001)z1x=NaN;z2x=NaN;end情况二的核心代码：global q01;global q02;global lembda;global z1;global z2;global z1x;global z2x;global z0;global f;global draw;w01=sqrt(q01*lembda/pi);w02=sqrt(q02*lembda/pi);z1=f+(w01/w02)*sqrt(f^2-q01*q02);z1x=f-(w01/w02)*sqrt(f^2-q01*q02);z2=f+(w02/w01)*sqrt(f^2-q01*q02);z2x=f-(w02/w01)*sqrt(f^2-q01*q02);if (z1<0 | z2<0)z1=NaN;endif(z1x<0 | z2x<0)z1x=NaN;z2x=NaN;end由于位置有两个解，所以需要判断是否为合理解。

在绘图时也要考虑两种情况。

以下为绘图的代码：global q01;global q02;global lembda;global z1;global z2;global z1x;global z2x;global z0;global f;global draw;draw=draw+1;if (mod(draw,2)==1)l1=z1;l2=z2;set(hObject,'String','Plot 1');elsel1=z1x;l2=z2x;set(hObject,'String','Plot 2');endw01=sqrt(q01*lembda/pi);w02=sqrt(q02*lembda/pi);x1=-1:0.01:l1;x2=l1:0.01:5;y1=w01.*sqrt(1+x1.^2./q01^2);y2=w02.*sqrt(1+(x2-l1-l2).^2./q02^2);axes(handles.axes1);cla;hold on;plot(x1,y1,'r'),axis([-1 5 -3e-3 3e-3]);plot(x1,-y1,'r');plot(x2,y2,'r');wr1=w01*sqrt(1+l1^2/q01^2);yr1=-1.2*wr1:0.1*1e-3:1.2*wr1;xr1=l1+0*yr1;plot(xr1,yr1,'b');plot([l1-f],[0],'b.');plot([l1+f],[0],'b.');hold off;4．仿真调试与结果分析：以下是运行界面，列出了两组解和图像。