南邮《光电综合设计》报告5

课程设计报告

学号：B01060709 姓名：鹿晴晴

A1

（一）课题：

某平凹腔激光器，若已知凹面镜曲率半径R，腔长L及激光波长λ。求它所产生的高斯光束的腰斑半径ω0的大小和位置，以及该高斯光束的q0 和发散角θ0 的大小。 （二） 课题要求： 1． 有输入输出界面；

2． 有可输入的不同参数值（曲率半径R，腔长L及激光波长λ），查看结果；

3． 比较所得结果，分析曲率半径、腔长以及激光波长分别对高斯光束的腰斑半径和发散角

有何影响。 参考：《激光原理》第二章 分析及设计思路：

运用中激光原理所学各种激光器的腰斑半径计算公式，建立数学模型。使用Matlab编程画出曲线。输入的不同参数值比较所得结果，分析曲率半径、腔长以及激光波长分别对高斯光束的腰斑半径和发散角。 （三） 建模

w0=sqrt(wavelength/pi)*(L*(R-L)).^0.25; q0=pi*w0.^2/wavelength; angl0=2*wavelength/(pi*w0); L>R显示非稳腔 （四） 源程序 clear;k=1; while k==1

R=input('请输入曲率半径R/cm:'); L=input('请输入激光器腔长L/cm:');

wavelength=input('请输入激光波长λ/um:'); if L>R disp('非稳定腔'); continue end

w0=sqrt(wavelength/pi)*(L*(R-L)).^0.25; q0=pi*w0.^2/wavelength; angl0=2*wavelength/(pi*w0);

fprintf('腰斑半径为：%8.5f cm，位置在平面镜所在位置处\\n', w0) fprintf('该高斯光束的q0为：%8.5f i \\n', q0) fprintf('发散角为：%8.5f \\n', angl0) disp('1.重新计算'); disp('2.退出'); k=input('1or2:'); if k~=1&k~=2

disp('无效选择')end （五） 结果分析

请输入曲率半径R/cm:100

1

请输入激光器腔长L/cm:50 请输入激光波长λ/um:0.68

腰斑半径为： 3.28976 cm，位置在平面镜所在位置处 该高斯光束的q0为：50.00000 i 发散角为： 0.13159 1.重新计算 2.退出 1or2:1

请输入曲率半径R/cm:100 请输入激光器腔长L/cm:80 请输入激光波长λ/um:0.68

腰斑半径为： 2.94245 cm，位置在平面镜所在位置处 该高斯光束的q0为：40.00000 i 发散角为： 0.14712 1.重新计算 2.退出 1or2:1

请输入曲率半径R/cm:80 请输入激光器腔长L/cm:50 请输入激光波长λ/um:0.55

腰斑半径为： 2.60393 cm，位置在平面镜所在位置处 该高斯光束的q0为：38.72983 i 发散角为： 0.13447 1.重新计算 2.退出 1or2:2

由以上结果可得：

i)保持L，wavelength不变，改变R的输入值，可以发现随R的增大，w0增大，发散角θ0减小；

ii)保持R，wavelength不变，改变L的输入值，可以发现随L的增大，w0先增大后减小，且当L=0.5R时，w0最大，发散角θ0先减小，后增大，当L=0.5R时，发散角θ0最小； iii) 保持R，L不变，改变wavelength的输入值，可以发现随着波长的增大，w0、θ0均增大； A3

（一）课题：

一个1.55μm的半导体激光器，在温度300K时其阈值电流密度是350A/cm~2，nth=2.2*10~18，tr=2.3ns，有源区的宽度是10nm。

a) 若激光器的起始电流密度是0，请用Matlab编程画出延迟时间td随最终电流密度

的变化曲线，J的范围是从1.2倍Jth到3.5倍Jth。

b) 若激光器的起始电流密度是0.5倍Jth，同样画出延迟时间td随最终电流密度J的

变化曲线，J的范围是从1.2倍Jth到3.5倍Jth。

（二）课题要求： 1．有输入输出界面

2．调整输入数据，得到相应的结果，并进行分析

2

参考：《光电子器件》第十一章 分析及设计思路：

运用光电子器件中所学延迟时间td随最终电流密度的变化公式，建立数学模型及物理模型。使用Matlab编程画出曲线。 （三）建模： 数学模型：

td=t*log((J-J0)/(J-Jth)) 其中

J=1.2*Jth:3.5*Jth;%电流密度取值范围 Jth=350;%阈值电流密度 J0%起始电流密度

t=1/(1/tr+1/tnr);%复合时间

F=(Jth*tr-e*nth*d)/(e*d*tr*nth*nth*nth);%俄歇复合系数 tnr=1/(F*nth*nth);%俄歇复合时间

应用path路径函数menu菜单函数做出输入输出界面。 （四）源程序

Jth=350;%阈值电流密度 e=1.6e-19;%电子电量 nth=2.2e18;%阈值电子数 tr=2.3e-9;%电子渡越时间 d=1e-6;%有源区宽度

F=(Jth*tr-e*nth*d)/(e*d*tr*nth*nth*nth);%俄歇复合系数 tnr=1/(F*nth*nth);%俄歇复合时间 t=1/(1/tr+1/tnr);%复合时间

J=1.2*Jth:3.5*Jth;%电流密度取值范围 path=0;%路径初始化 while (path~=4),

path=menu('延迟时间td 随最终电流密度J变化曲线','起始电流密度J0为0 时','起始电流密度J0为0.5Jth 时','输入起始电流密度值','退出'); switch path,

case 1,td=t*log(J./(J-Jth));plot(J,td),xlabel('电流密度J(A/cm2)'),ylabel('延迟时间td(s)')

case 2,td=t*log((J-0.5*Jth)./(J-Jth));plot(J,td),xlabel('电流密度J(A/cm2)'),ylabel('延迟时间td(s)') case 3,J0=input('起始电流密度J0=');td=t*log((J-J0)./(J-Jth));plot(J,td),xlabel('电流密度J(A/cm2)'),ylabel('延迟时间td(ns)') otherwise,end,end （五） 结果分析

3

1. 起始电流密度J0为0 时

2.起始电流密度J0为0.5Jth 时

3输入起始电流密度值 起始电流密度J0=0.8*Jth

由上面的程序结果分析可知,随着起始电流密度由零增大，对应曲线的值相应地减小，即在一定范围内，较大的起始电流密度可获得较短的延迟时间，可改善激光器性能。

4

B3

（一）课题

利用计算机模拟显示Fraunhofer多缝衍射的光强分布曲线（具体内容）。 分别作出（1）多缝干涉光强分布曲线 （2）单缝衍射光强分布曲线 （3）多缝衍射光强分布曲线

（4）分别作出以上分布曲线对应的图样。

讨论（1）多缝干涉随…….变化而变化,…….增大,光强…… （2）单缝衍射随…….变化而变化,…….增大,衍射光强…… （3）多缝衍射随…….变化而变化…….增大,衍射光强……，

两个主极大之间有…….极小,有……次极大…… （二）课题要求 1有输入输出界面；

2对影响光强分布的一些参数如缝宽缝周期光波波长缝数等可调，并可根据调整的参数作出相应的光强分布曲线和图样

提示：多缝衍射光强公式，为方便计算，可以取 参考：物理光学与应用光学西安电子出版社 分析及设计思路：

多缝衍射可以看成是单缝衍射和多缝干涉的共同作用，根据单缝衍射，多缝干涉，以及多缝衍射的公式即可作出相应的图形。 （三） 建模

N??2?sin??sin???多缝衍射光强I?I0??????sin??2????，为了计算方便，取I0=1，单缝衍射光强?????? ???22N???sin2??sin??I?I0??，多缝干涉光强I???????sin?2?其中???ax2?dx，??；当a,d,f,N,λ都确定时，光强仅与所在位置x有关，可?f?f以作出光强随坐标x的变化曲线

（四） 编程

%计算及作图部分

function generate_Callback(hObject, eventdata, handles) global wavelength; global f; global a; global d; global N; x=-20:0.03:20;

alpha=(pi*a/wavelength).*(x./f).*1e6; phi=(2*pi/wavelength)*d.*(x./f).*1e6; I1=(sin(N.*phi./2)./sin(phi./2)).^2; axes(handles.axes1);

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