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激光原理与技术课程设计
课题名称：固体激光器光路设计与计算
专业班级： 2011级光信息
学生学号： ********** 学生姓名：
学生成绩：
指导教师： ******** 课题工作时间： 2014.6.4 至 2014.6.13
武汉工程大学教务处
侧泵激光器腔长480mm，输出镜曲率半径为5m，聚焦透镜离输出镜
焦距为45mm，计算经聚焦以后的激光光斑直径。用Matlab软件计算输出（用Q参数方法计算，写出Matlab程序）
前言 (9)
第一章半导体泵浦激光器原理和应用 (9)
1.1 激光原理 (10)
1.2 半导体泵浦激光器的应用 (11)
第二章激光器的设计过程 (12)
2.1 半导体泵浦激光器设计方案 (12)
2.2 激光器的设计图 (12)
2.3 计算聚焦后激光光斑直径 (13)
2.4 聚焦透镜焦距与光斑半径的关系 (15)
第三章总结 (17)
参考文献 (17)
激光是二十世纪最重大、最实用的发明之一。1917年爱因斯坦提出受激辐射理论，1958年12月肖洛和汤斯发明激光原理，1960年7月梅曼制成世界第一台红宝石激光器。激光具有方向性好、亮度高、单色性好、相干性好等特点，应用领域十分广泛。半导体泵浦532nm绿光激光器具有波长短、光子能量高、在水中传输距离远和人眼敏感等优点，效率高、寿命长、体积小、可靠性好。近几年在光谱技术、激光医学、信息存储、彩色打印、水下通讯、激光技术等科学研究及国民经济许多领域中展示出极为重要的应用，成为各国研究的重点。
自第一台红宝石激光器问世，固体激光器就一直占据了激光器发展的主导地位，特别是在20 直占据了激光器发展的主导地位，特别是在20 世纪80 世纪80 年代出现的半导体激光器以及在此基础上出现的全固化固体激光器更因为体积小、重量轻、效率高、性能稳定、可靠性好和寿命长等优点，逐渐成为光电行业中最具发展前途的领域。目前世界范围内销售的商品固体激光器已有500 余种，但从1998 已有500 余种，但从1998 年开始，固体激光器中的Nd:YAG 中的Nd:YAG 激光器的市场占有率和销售额已升为第一位。
传统的固体YAG 传统的固体YAG 激光器，通常由掺钕钇铝石榴石晶体棒、泵浦灯、聚光腔、光学谐振腔、电源及制冷系统组成，其转换效率为2%到3%。电源及制冷系统组成，其转换效率为2%到3%。另一方面整个激光器需要庞大的制冷系统，体积很大。泵浦灯的寿命约为300 积很大。泵浦灯的寿命约为300 到1000 小时，操作人员需花很多时间频繁的换灯，中断系统工作，使自动化生产线的效率大大降低，工作，使自动化生产线的效率大大降低，间接提高了生产成本。因此技术上没有大的发展空间。现在国际上的激光厂家已经淘汰了中小功率灯泵浦固体激光器的生产和研发，将来随着大功率的二极管、光纤激光器的研发和应用，成本的下降，灯泵浦固体激光器将会逐步淘汰。这是固体激光器的发展方向。
第一章半导体泵浦激光器原理和应用
1.1 激光原理
光与物质的相互作用可以归结为光与原子的相互作用，有三种过程：吸收、自发辐射和受激辐射。如果一个原子开始处于基态，在没有外来光子，它将保持不变，如果一个能量为hv21的光子接近，则它吸收这个光子，处于激发态E2。在此过程中不是所有的光子都能被原子吸收，只有光子的能量正好等于原子的能级间隔E1-E2时才能被吸收。
图1-1 光与物质作用的吸收过程
激发态寿命很短，在不受外界影响时，它们会自发地返回到基态，并放出光子。自发辐射过程与外界作用无关，由于各个原子的辐射都是自发的、独立进行的，因而不同原子发出来的光子的发射方向和初相位是不相同的。
光与物质作用的自发辐射过程：处于激发态的原子，在外的光子的影响下，会从高能态向低能态跃迁，并两个状态间的能量差以辐射光子的形式发射出去。只有外来光子的能量正好为激发态与基态的能级差时，才能引起受激辐射且受激辐射发出的光子与外来光子的频率、发射方向、偏振态和相位完全相同。激光的产生主要依赖受激辐射过程。
图1-2 光与物质作用的受激辐射过程
激光器主要由工作物质、谐振腔、泵浦源组成。工作物质主要提供粒子数反转。
泵浦过程使粒子从基态E1抽运到激发态E3、E3上的粒子通过无辐射跃迁，该过程粒从高能机级跃迁到低能级时能量转变为热能或晶格振动能，但不辐射光子，迅速转移到亚稳态E2。E2是一个寿命较长的能级，这样处于E2上的粒子不断积累，E1上的粒子，又由于抽运过程而减少，从而实现E2与E1能级间的粒子数反转。
图1-3 三能级系统示意图
激光产生必须有能提供光学正反馈的谐振腔。处于激发态的粒子由于不稳定性而自发辐射到基态自发辐射产生的光子各个方向都有偏离轴向的光子很快逸出腔外只有沿轴向的光子部分通过输出镜输出部分被反射回工作物质在两个反射镜间往返多次被放大形成受激辐射的光放大即产生激光。
1.2 半导体泵浦激光器的应用
国内半导体泵浦固体激光器市场化水平已经达到数百瓦，实验室水平已经达到千瓦级。在应用上，大功率半导体泵浦固体激光器以材料加工为主，包括了常规的激光加工：主要是材料加工，如激光标记、激光焊接、激光切割和打孔等，结构紧凑、性能良好、工作可靠的大功率半导体泵浦固体激光打标机产品系列已经在国内得到了规模应用，在国外，千瓦级的半导体泵浦固体激光器已有产品，德国、美国汽车焊接就已经用到了千瓦级半导体泵浦固体激光焊剂机，在原理和技术方案上半导体泵浦固体激光器定标到万瓦都是可行的，主要受限于成本和市场需求的限制。二倍频半导体泵浦固体激光器在微电子行业、三倍频半导体泵浦固体激光器在激光快速成型领域都得到了广泛应用。
除材料加工外，大功率半导体泵浦固体激光器还可以用于同位素分离（二倍频、绿光）、激光核聚变、科学研究、医疗、检测、分析、通讯、投影显示以及军事国防等领域，具有极其重要的应用价值。
第二章激光器的设计过程
2.1 半导体泵浦激光器设计方案
在固体激光器中，由泵浦系统辐射的光能，经过聚焦腔，使在固体工作物质中的激活粒子能够有效的吸收光能，让工作物质中形成粒子数反转，通过谐振腔，从而输出激光。本次设计半导体泵浦激光器参照实验室原型，用solidworks软件画出激光器的设计图，该激光器的组成部分有红外光源、腔镜1、Q开关、泵浦系统、腔镜2、8倍扩束镜、45°反射镜。然后根据激光器的设计参数，计算出各个装配体的合理摆放位置。最后根据设计参数利用MATLAB计算出聚焦以后的激光光斑束腰半径。
2.2 激光器的设计图
激光器的设计图效果图如图2-1，谐振腔两端的反射镜为R1=∞的平面镜和R2=5m 的透镜，其中R1为全反镜，R2为透射率为15%的镜片，两镜间距为48CM。泵浦源位于两平面镜中心处，激光晶体是Nd:YAG , 可产生高增益、低阂值的激光作用。泵浦灯是LD，三列LD阵列互成1200角环绕在激光晶体周围。Q开关位于泵浦源和全反镜连线的中心处。激光出射镜的外侧有一个扩束镜，用来聚焦。
图2-1激光器的设计图效果图图2-2 激光器结构正视图
图2-3 激光器结构左视图与尺寸标注
注：图2-3从左到右依次为红外光源、腔镜1、Q开关、泵浦系统、腔镜2、8倍扩束镜、45°反射镜。
2.3 计算聚焦后激光光斑直径
图2-4 激光器的结构简图 如图所示，R1个R2构成激光谐振腔，波长为1064nm ，激光从R2端输出，经焦距为F 的透镜聚焦。其中R1=∞；R2=5.0m ；L12=0.48m ；L=1.00m ；F=0.045m 。利用Q 参数法计算来计算光斑半径。
由公式2-1中的计算可知共焦参数为
2
2121210)]()[())()((R L R L L R L R R L R L f -+---+-= (2-1) 可看出本次设计的激光器谐振腔是平凹腔上式可简化为 ()L R R f -?=22，
代入数据得m f 473.1=，i q a 473.1=。
总传输矩阵为： ???C A ???D B =???-F 11 ???10???01???1L ???01 ??
?10
通过聚焦后的q 参数参考公式2-2计算出
a
a a a q F Fq D Cq B Aq q -=++= （2-2） 聚焦后光斑束腰半径由公式2-3计算出
πλf
w ='0 （2-3）
利用Matlab 计算出聚焦后的光斑束腰与位置，程序如下：
运行结果如下：
对结果进行整理，通过聚焦后的q 参数：
i D
Cq B Aq q 001.00456.033+-=++= 则 m s 0456.0'= ，m f 001.0'=
聚焦后光斑束腰半径m w 501081.1'-?=
聚焦后光斑直径m w D 501062.3'2-?==
与透镜F 的距离：m s 0456.0'=。
2.4 聚焦透镜焦距与光斑半径的关系
为了进一步探索光斑半径与聚焦透镜半径的关系，通过改变聚焦透镜的焦距F来观察光斑半径w的大小变化。使用Matlab软件来描绘两者的曲线关系图。
程序如下：
图2-5 透镜焦距与光斑半径的关系图
由图可看出，随着聚焦透镜的焦距F的增大，光斑半径w成线性增大，即在一定范围内二者成正比关系。所以，为了增大激光器的输出功率，可以适当的增大透镜的焦距。
第三章总结
这次课程设计的主题是固体激光器，其实从激光发明到现在，继红宝石激光器为代表的固体激光器之后，气体激光器、化学激光器、染料激光器、原子激光器、离子激光器、半导体激光器、X射线激光器和光纤激光器相继问世。伴随着激光的广泛应用，激光技术也得到了很快的发展和推广。激光的稳频、选频，激光光束的变换，激光光学系统设计方法，激光的强度调制和相位调制，调Q技术和锁模技术等都逐渐完善和成熟起来。激光原理和它的各种应用技术已成为各行各业的科学技术人员都必须掌握的一门高新技术。
这次课程设计利用了两个很重要的软件——solidworks和Matlab。Solidworks软件功能强大、易学易用，SolidWorks独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。这次课程设计主要使用solidworks装配激光器。接触和学习了solidworks 软件是我在这次课程设计中最大的一个收获。另外，Matlab用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言，在设计过程中Matlab大大的减小了参数的计算难度。让我更加熟练的运用Matlab进行数据计算和分析。
参考文献
[1]《激光原理》第五版，周炳琨
[2]《激光器设计基础》，赫光生、雷仕湛
[3]《激光器件与设计》，吕百达
[4]《固体激光工程》，孙文
[5]《激光光学—激光束的传输变换和光束质量控制》，吕百达
[6]solidwork产品设计范例，清华大学出版社
[7]Matlab程序设计与应用，高等教育出版社
南通大学电子信息学院 微机原理课程设计 报告书 课题名： 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 日期: xxx
目录 1.设计目的 (2) 2.设计内容 (2) 3.设计要求 (2) 4.设计原理 (3) 5.硬件电路图 (3) 6.程序代码 (5) 7.程序及硬件系统调试情况 (19) 8.设计总结与体会 (19)
一、设计目的 课程设计是培养和锻炼学生在学习完本门课后综合应用所学理论知识，解决实际工程设计和应用问题的能力的重要教学环节。它具有动手、动脑和理论联系实际的特点，是培养在校工科大学生理论联系实际、敢于动手、善于动手和独立自主解决设计实践中遇到的各种问题能力的一个重要教学环节。 通过课程设计，要求学生熟悉和掌握微机系统的软件、硬件设计的方法、设计步骤，使学生得到微机开发应用方面的初步训练。让学生独立或集体讨论设计题目的总体设计方案、编程、软件硬件调试、编写设计报告等问题，真正做到理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力，实现由学习知识到应用知识的初步过渡。通过本次课程设计使学生熟练掌握微机系统与接口扩展电路的设计方法，熟练应用8086汇编语言编写应用程序和实际设计中的硬软件调试方法和步骤，熟悉微机系统的硬软件开发工具的使用方法。 通过课程设计实践，不仅要培养学生事实求是和严肃认真的工作态度，培养学生的实际动手能力，检验学生对本门课学习的情况，更要培养学生在实际的工程设计中查阅资料，撰写设计报告表达设计思想和结果的能力。 二、设计内容 设计一个电压报警器，要求采集实验箱提供的0~5V的电压，当输入电压在3V以内，显示电压值，如2.42。当输入电压超过3V，显示ERR，并报警。电压值可在七段数码管显示，点阵广告屏显示或液晶屏显示。报警形式自行设计，
目录 第一章绪论 (1) 1.1设计背景 (1) 第二章脉冲激光测距仪的工作原理 (2) 2.1测距仪的简要工作原理 (2) 第三章脉冲激光器的结构及工作过程 (3) 3.1激光脉冲测距仪光学原理结构 (3) 3.1.1测距仪的大致结构组成 (3) 3.2主要的工作过程 (4) 3.3主要部件分析： (4) 3.3.1激光器（一般采用激光二极管） (4) 3.3.2激光二极管的特性 (5) 3.3.3光电器件（采用雪崩光电二极管APD） (6) 第四章影响测距仪的各项因素 (7) 4.1光脉冲对测距仪的影响 (7) 4.2发散角对测距仪的影响 (8) 第五章测距仪的光电读数显示 (9) 5.1距离显示原理及过程 (9) 5.2测量精度分析 (10) 5.3总述 (11) 参考文献 (11)
第一章绪论 1.1设计背景 在当今这个科技发达的社会，激光测距的应用越来越普遍。在很多领域，如电力，水利，通讯，环境，建筑，地质，警务，消防，爆破，航海，铁路，军事，农业，林业，房地产，休闲、户外运动等都可以用到激光测距仪。 激光测距仪一般具有精确度和分辨率高、抗干扰能力强、体积小、重量轻等优点，因而应用领域广、行业需求众多，市场需求空间大。 当前激光测距仪的发展趋势是向测量更安全、测量精度高、系统能耗小、体积小型化方向发展。激光测距仪一般采用两种方法来测量距离：脉冲法和相位法。而其中脉冲激光测距的应用领域也是越来越宽广，比如，地形测量、战术前沿测距、导弹运行轨道跟踪以及人造卫星、地球到月亮距离的测量等。脉冲激光测距法是利用激光脉冲持续时间非常短，能量相对集中，瞬时功率很大（可达几兆瓦）的特点，在有合作目标的情况下，脉冲激光测距可以达到极远的测程；如果只是利用被测目标对脉冲激光的漫反射所取得的微弱反射信号，也是可以测距的。因而脉冲激光测距法应用较多。
微机课程设计 数字温度计实验报告
一、题目： 上位机：完成界面设计与通讯程序 1、能够显示两个温度值，温度精度0.5度，当超出报警温度阈值时，温度 值后又提示字幕。 2、能够设定报警温度阈值 3、每隔一秒将温度值保存至文件存档。当超出报警温度阈值时，温度值后 面有提示。 4、可以对串口进行设置。 下位机：完成电路设计与控制程序 1、用两个DS18B20测温。 2、通过串口与上位机通信，并传输温度值，接受阈值设置。 3、当超出报警温度阈值时，有相应指示灯提示。 4、将当前温度显示LCD1602液晶屏上，当超出报警温度阈值时，温度值后 有提示。 二、原理 DS18B20是DALLS公司推出的“1—wire”接口的数字温度传感器，可以直接将温度转换为9~12串行信号供单片机处理。由于这种传感器只有一个IO口，是单总线串行接口，单片机可以利用串行通信将数据读出并按照LCD 的协议显示在1602液晶屏上。同时，通过PC机与单片机之间的串行通信，可以用PC机控制温度的警戒值以及记录不同时间测量的温度。 三、原理图 图3.1 LCD、18B20以及串口与单片机最小系统连接图
图3.2电源模块 四、流程图 1、上位机流程图 图4.1.1发送数据流程图图4.1.2 接受数据流程图
2、下位机流程图 图4.2.2读出温度子程序流程图 图4.2.1总流程图 图4.2.4计算温度子程序流程图
图4.2.3 温度转换流程图 图4.2.6温度值显示在LCD1602上 图4.2.5 显示数据刷新子程序 五、源程序 1、上位机程序：见附录1； 2、下位机程序：见附录2； 3、实验结果显示（上位机）：见附录3。
成绩评定表 学生姓名吴宪班级学号1109020117 专业光信息科学 与技术课程设计题目拉盖尔高斯光束经 透镜传输光场计算 评 语 组长签字： 成绩 日期20 13 年12 月 27 日
学院理学院专业光信息科学与技术 学生姓名吴宪班级学号1109020117 课程设计题目拉盖尔高斯光束经透镜传输光场计算 实践教学要求与任务: 要求： 1）角向节线0，径向节线2的拉盖尔高斯光束（共焦参数=12000倍波长）通过薄透镜； 2）薄透镜（前置圆形光阑）焦距=1500倍波长，光腰在透镜处； 3）光阑半径=120倍波长。 任务： 1）计算该拉盖尔高斯光束经过薄透镜后时的轴上光强变化，分析焦点变化； 2）计算该拉盖尔高斯光束经过薄透镜前时的径向光强变化，计算截断参数； 3）计算该拉盖尔高斯光束经过薄透镜后的径向–轴向光强变化； 4）撰写设计论文。 工作计划与进度安排: 1. 第一周教师讲解题目内容、任务和论文要求，学生查阅资料，星期四提出设计方案； 2. 第一周星期四到第二周星期三（包括星期六星期日）完成设计； 3. 第二周星期四上交论文； 4. 星期四教师审查论文，合格者星期五论文答辩。 指导教师： 2013年月日专业负责人： 2013年月日 学院教学副院长： 2013年月日
目录 摘要 (4) 设计原理 (5) 一．普通球面波的传播规律 (5) 二．高斯光束的基本性质及特征参数 (6) 三．柯林斯（Collins）公式 (7) 四．基模高级光束的特征参数 (6) 计算结果10 一. 计算该拉盖尔高斯光束经过薄透镜前时的轴上光强变化，分析焦点变化 (10) 二. 计算该拉盖尔高斯光束经过薄透镜前时的径向光强变化，计算截断参数 (11) 三．计算该拉盖尔高斯光束经过薄透镜后的径向–轴向光强变化 (12)
半导体激光器的研究进展 摘要：本文主要述写了半导体激光器的发展历史和发展现状。以及对单晶光纤激光器进行了重点描述，因其在激光医疗、激光成像、光电对抗以及人眼安全测照等领域具有重大的应用价值，近年来成为新型固体激光源研究的热点。 一、引言。 激光是20 世纪以来继原子能、电子计算机、半导体之后人类的又一重大发明。半导体激光科学与技术以半导体激光器件为核心，涵盖研究光的受激辐射放大的规律、产生方法、器件技术、调控手段和应用技术，所需知识综合了几何光学、物理光学、半导体电子学、热力学等学科。 半导体激光历经五十余年发展，作为一个世界前沿的研究方向，伴随着国际科技进步突飞猛进的发展，也受益于各类关联技术、材料与工艺等的突破性进步。半导体激光的进步在国际范围内受到了高度的关注和重视，不仅在基础科学领域不断研究深化，科学技术水平不断提升，而且在应用领域上不断拓展和创新，应用技术和装备层出不穷，应用水平同样取得较大幅度的提升，在世界各国的国民经济发展中，特别是信息、工业、医疗和国防等领域得到了重要应用。 本文对半导体激光器的发展历史和现状进行了综述，同时因单晶光纤激光器在激光医疗、激光成像、光电对抗以及人眼安全测照等领域具有重大的应用价值，本文也将对其做重点描述。 二、大功率半导体激光器的发展历程。 1962 年，美国科学家宣布成功研制出了第一代半导体激光器———GaAs同质结构注入型半导体激光器。由于该结构的激光器受激发射的阈值电流密度非常高，需要5 × 104～1 ×105 A /cm2，因此它只能在液氮制冷下才能以低频脉冲状态工作。从此开始，半导体激光器的研制与开发利用成为人们关注的焦点。1963 年，美国的Kroemer和前苏联科学院的Alferov 提出把一个窄带隙的半导体材料夹在两个宽带隙半导体之间，构成异质结构，以期在窄带隙半导体中产生高效率的辐射复合。随着异质结材料的生长工艺，如气相外延( VPE) 、液相外延( LPE) 等的发展，1967年，IMB 公司的Woodall 成功地利用LPE 在GaAs上生长了AlGaAs。在1968—1970 年期间，美国贝尔实验室的Panish，Hayashi 和Sμmski成功研究了AlGaAs /GaAs单异质结激光器，室温阈值电流密度为8.6 × 103 A /cm2，比同质结激光器降低了一个数量级。
单片机电子时钟课程设 计实验报告 Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】
《单片机原理与应用》课程设计 总结报告 题目：单片机电子时钟（带秒表）的设计 设计人员：张保江江润洲 学号： 班级：自动化1211 指导老师：阮海容 目录 1.题目与主要功能要求 (2) 2.整体设计框图及整机概述 (3) 3.各硬件单元电路的设计、参数分析及原理说明 (3) 4.软件流程图和流程说明 (4) 5.总结设计及调试的体会 (10) 附录 1.图一：系统电路原理图 (11) 2.图二：系统电路 PCB (12) 3.表一：元器件清单 (13) 4.时钟程序源码 (14)
题目：单片机电子时钟的设计与实现 课程设计的目的和意义 课程设计的目的与意义在于让我们将理论与实践相结合。培养我们综合运用电子课程中的理论知识解决实际性问题的能力。让我们对电子电路、电子元器件、印制电路板等方面的知识进一步加深认识，同时在软件编程、排错调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高，为今后能够独立完成某些单片机应用系统的开发和设计打下一个坚实的基础。 课程设计的基本任务 利用89C51单片机最小系统，综合应用单片机定时器、中断、数码显示、键盘输入等知识，设计一款单片机和简单外设控制的电子时钟。 主要功能要求 最基本要求 1)使用MCS-51单片机设计一个时钟。要求具有6位LED显示、3个按键输入。 2)完成硬件实物制作或使用Pruteus仿真（注意位驱动应能提供足够的电流）。 3)6位LED数码管从左到右分别显示时、分、秒(各占用2位)，采用24小时标准计时制。开始计时时为000000，到235959后又变成000000。 4)使用3个键分别作为小时、分、秒的调校键。每按一次键，对应的显示值便加1。分、秒加到59后再按键即变为00；小时加到23后再按键即变为00。在调校时均不向上一单位进位 (例如分加到59后变为00，但小时不发生改变)。 5) 软件设计必须使用MCS-51片内定时器，采用定时中断结构，不得使用软件延时法，也不得使用其他时钟芯片。 6）设计八段数码管显示电路并编写驱动程序，输入并调试拆字程序和数码显示程序。7）掌握硬件和软件联合调试的方法。 8）完成系统硬件电路的设计和制作。 9）完成系统程序的设计。 10）完成整个系统的设计、调试和制作。
《光纤通信》课程设计报告 设计名称：光纤中光孤子传输特性 专业：08光信息科学与技术 成员姓名：张XX、胡X、 成员学号： 指导老师：李X
光纤中光孤子传输特性 光孤子理论的出现，对于现代通信技术的发展起到了里程碑的作用。因为现代通信技术的发展一直朝着两个方向的努力：一是大容量的传输，二是延长中继距离。光孤子传输不变形的特点决定了他在通信领域的应用前景。普通的光纤通信必须每隔几十千米设立一个中继站，经对信号的脉冲整形放大误码检查后再发射出去，而用光孤子通信则可不设中继站，只要对光纤损耗进行增益补偿，即可把光信号无畸变的传输到很远的地方。 光孤子形成的机理 光孤子是光纤中两种最基本的物理现象，即群速度色散和SPM 共同的作用形成的。光纤中的强度引起的折射率非线性ＳＰＭ效应（光学柯尔效应），在反常区导致的光脉冲压缩可以抵消ＧＶＤ效应形成的光脉冲展宽，从而保持光脉冲传输过程中的形状不变。光孤子的形成机理是光纤中群速度色散和自相位调制效应在反常区的精确平衡。二而光纤耗损造成的脉冲能量的损失，则用每一段传输距离后的光放大器来补偿，保持其非线性效应作用的存在。 光孤子传输 １．系统的构成 将光孤子作为信息的载波可实现光孤子通信，其传输系统如下图： 图 光纤孤子传输系统的基本构成 该系统由5个基本功能组成： １．光孤子发送终端（TX ） ２．光孤子接受终端（RX ） ３．光孤子传输光纤（STF ） ４．光孤子能量补偿放大器（ＯＡ，ＯＡ１－ＯＡｎ） ５．光孤子传输控制装置（ＴＣＳ） 图中ＳＳ为光孤子源，ＭＯＤ为光调制器，ＴＳ为测试设备。 系统中的ＴＸ由超短脉冲半导体或掺饵光纤激光器，光调制器，信息源和光纤功率放大器构成，用于产生光孤子脉冲信号；ＲＸ由宽带光接收机或频谱分析仪，误码仪与条纹相机构成，用于测试系统的传输特性或通信能力；ＳＴＦ由普通单模光纤或色散位移光纤ＤＳＦ构成，OA1--ＯＡｎ由ＥＤＦＡ或ＳＯＡ组成，ＴＣＳ由导频滤波器，强度或相位调制器，非线性元件和色散补偿光纤等组成，设置在沿传输系统不同的区域，用于克服或降低由放大器放大带来的放大自 ｓｓ ｍｏｄ ＯＡ ＯＡ1 STF ＯＡ2 STF STF TCS ＯＡn STF TS TX RX
44瓦超高功率808 nm半导体激光器设计与制作 仇伯仓，胡海，何晋国 深圳清华大学研究院 深圳瑞波光电子有限公司 1. 引言 半导体激光器采用III-V化合物为其有源介质，通常通过电注入，在有源区通过电子与空穴复合将注入的电能量转换为光子能量。与固态或气体激光相比，半导体激光具有十分显著的特点：1）能量转换效率高，比如典型的808 nm高功率激光的最高电光转换效率可以高达65%以上 [1]，与之成为鲜明对照的是，CO2气体激光的能量转换效率仅有10%，而采用传统灯光泵浦的固态激光的能量转换效率更低, 只有1%左右；2）体积小。一个出射功率超过10 W 的半导体激光芯片尺寸大约为0.3 mm3, 而一台固态激光更有可能占据实验室的整整一张工作台；3）可靠性高，平均寿命估计可以长达数十万小时[2]；4）价格低廉。半导体激光也同样遵从集成电路工业中的摩尔定律，即性能指标随时间以指数上升的趋势改善，而价格则随时间以指数形式下降。正是因为半导体激光的上述优点，使其愈来愈广泛地应用到国计民生的各个方面，诸如工业应用、信息技术、激光显示、激光医疗以及科学研究与国防应用。随着激光芯片性能的不断提高与其价格的持续下降，以808 nm 以及9xx nm为代表的高功率激光器件已经成为激光加工系统的最核心的关键部件。高功率激光芯片有若干重要技术指标，包括能量转换效率以及器件运行可靠性等。器件的能量转换效率主要取决于芯片的外延结构与器件结构设计，而运行可靠性主要与芯片的腔面处理工艺有关。本文首先简要综述高功率激光的设计思想以及腔面处理方法，随后展示深圳清华大学研究院和深圳瑞波光电子有限公司在研发808nm高功率单管激光芯片方面所取得的主要进展。 2.高功率激光结构设计 图1. 半导体激光外延结构示意图
激光原理课程设计 ——基于Matlab激光谐振腔模式模拟 作者: 光电0905 唐世豪 一、原理分析 1.基本原理 在分析激光器工作原理的过程中，谐振腔中的模式分布占据着重要的意义。经典的研究激光谐振腔内激光模式分布及传播规律的方法是，运用菲涅耳—基尔霍夫衍射积分公式。其关系式如式（1）： u x,y=ik 4π u x′,y′e?ikρ ρ 1+cosθ S ds′ (1) 式中，ρ为(x’,y’)与(x,y)连线的长度，θ为S面上点(x’,y’)处的法线和上述连线之间的夹角，ds’为S面上的面积元，k为波矢的模。 一般而言，腔长比镜面的线度大很多，(1+cosθ)/ρ近似取为2/L。同时，假定腔面的线度a远大于波长，被积函数中的e?ikρ不能简单的近似，我们只能根据不同几何形状的腔型来进行合理近似。于是，将公式（1）作用于开腔的两个镜面上的场分布，可以镜面S1上场u1(x′,y′)与镜面S2上场u2(x,y)联系起来，经过q次传播后，根据上述的假设有公式（2）： u q+1x,y=i λL u q(x′,y′)e?ikρ S1 ds′ (2) 对于对称开腔，当光波在腔内传播足够多次后（即在稳定情况下），镜面S1上光场传播到S2，出了表示振幅衰减和相位移动常数因子γ外，u q+1可以再现 u q ，形成这样一种稳态场：分布不再受衍射的影响，在腔内往返一次后能够“再现”出发时的场分布，即实现了模的“自再现”。简化后有公式（3）和（4）: u mn x,y=γmn K x,y,x′,y′ S1 u mn(x′,y′)ds′ (3) K x,y,x′,y′=ik 2πL e?ikρ(x,y,x′,y′)=i λL e?ikρ(x,y,x′,y′) (4) 2.Fox-Li数值迭代法 积分方程（3）和（4）的解通过数学证明是存在的，但是实际求解是很困难的，所以在大多数情况下只能使用近似方法求数值解。Fox-Li数值迭代法就是运用标量近似来分析模场特性。其运用的就是迭代的思想，其迭代公式为式（3）。 此方法的基本物理解释是将初始场分布视为由无数多个本征函数以一定比例叠加的结果，不同的本征函数对应不同的模式，在腔内往返渡越过程中，不同模的衍射损耗不同，经过足够多次往返渡越后，衍射损耗大的模受到的衰减程度比衍射损耗小的模大得多，当损耗大的模的贡献与损耗小的模的贡献相比可以忽略时，剩下的便是小损耗模的稳定场分布。 二、实现方案 1.计算流程 跟据原理进行迭代计算的设计，流程图如图（1）所示。运用Matlab设计实现Fox-Li 数值迭代法程序的编写。
河北科技大学 课程设计报告 学生姓名：学号： 专业班级： 课程名称： 学年学期： 指导教师： 年月
课程设计成绩评定表 学生姓名学号成绩 专业班级起止时间2011.12.24—2012.11.28 设计题目字符串动画显示 指 导 教 师 评 语 指导教师： 年月日
目录 一、课程设计的目的 (1) 二、设计题目 (1) 三、设计内容要求 (2) 四、设计成员及分工 (2) 五、课程设计的主要步骤 (2) 六、课程设计原理及方案 (3) 七、实现方法 (3) 八、实施结果 (8) 九、总结 (8) 十、体会感受 (8)
一、课程设计的目的 课程设计是以自己动手动脑，亲手设计与调试的。它将基本技能训练、基本工艺知识和创新启蒙有机结合，培养我们的实践和创新能力。课程设计的意义，不仅仅是让我们把所学的理论知识与实践相结合起来，提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。作为信息时代的大学生，基本的动手能力是一切工作和创造的基础和必要条件。 课程设计是培养和锻炼学生在学习完本门课后综合应用所学理论知识解决实际工程设计和应用问题的能力的重要教学环节，它具有动手、动脑和理论联系实际的特点，是培养在校工科大学生理论联系实际、敢于动手、善于动手和独立自主解决设计实践中遇到的各种问题能力的一种较好方法。 《微机原理及应用》是一门应用性、综合性、实践性较强的课程，没有实际的有针对性的设计环节，学生就不能很好的理解和掌握所学的技术知识，更缺乏解决实际问题的能力。所以通过有针对性的课程设计，使学生学会系统地综合运用所学的理论知识，提高学生在微机应用方面的开发与设计本领，系统的掌握微机硬软件设计方法。 通过课程设计实践，不仅要培养学生的实际动手能力，检验学生对本门课学习的情况，更要培养学生在实际的工程设计中查阅专业资料、工具书或参考书，掌握工程设计手段和软件工具，并能以图纸和说明书等表达设计思想和结果的能力。培养学生事实求是和严肃认真的工作态度。 通过设计过程，要求学生熟悉和掌握微机系统的软件设计的方法、设计步骤，使学生得到微机开发应用方面的初步训练。让学生独立或集体讨论设计题目的系统方案论证设计、编程、软件调试、查阅资料、编写说明书等问题，真正做到理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力，实现由学习知识到应用知识的初步过渡。通过本次课程设计使学生熟练的熟练掌握微机系统的设计方法，熟练应用8086汇编语言编写应用程序和实际设计中的软件调试方法和步骤，熟悉微机系统的软件开发工具的使用方法。 二、设计题目
激光应用课程设计报告 大范围激光防盗报警器设计 姓名： 班级： 学号： 指导老师：日期：2012.12.10～2012.12.21 华南农业大学工程学院
摘要 防盗报警系统是用物理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警信号，并提示人员发生报警的区域部位，显示可能采取对策的系统。防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。一旦发生突发事件，就能通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点，便于迅速采取应急措施。防盗报警系统与出入口控制系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡更系统等一起构成了安全防范系统。 本设计论文从硬件和软件两方面对系统进行了详细的设计。介绍了系统的构成，外围电路的连接，芯片与芯片之间的连接电路，程序设计方法和相应的软件。通过555产生振荡，让74LS90不停的计数，大概50S左右清零计数器，产生一个进位去控制关蜂鸣器和停止延时电路的计数。通过控制电路控制NPN三极管的截止和导通，来控制蜂鸣器的鸣响。系统硬件电路简单、安装方便、操作简单，并且具有低成本的优点，可适用于各种类型的住宅和人群。 关键字: 防盗报警蜂鸣器激光报警器
目录第一章绪论 1.1 设计背景 1.2 报警器的分类 1.3 设计要求 第二章系统设计方案 2.1 总体方案及设计原理 2.2 所需器材 2.3 实验电路及说明 第三章.总结与发展趋势
1.1 设计背景 随着经济社会的快速发展和人民生活水平的不断提高，人们对其住宅的要求也越来越高，表现在不仅希望拥有舒适、温馨的住所，而且对安全性、智能性等方面也提出了更高的要求。同时，盗窃、入室抢劫等刑事案件也呈现出增长趋势，传统的依靠安装防盗门窗、或靠人防的防范方式已经越来越不能满足人们的要求。于是各种自动报警系统应运而生，被广泛地应用于需要高安全要求的各种场所。 激光引入安防系统的优异性，激光是一种高亮度的定向能束，单色性好、方向性好、具有优异的相干性。因此，激光不会象无线电波、红外光那样，受到背景、不同温度物体的干扰，无线电波也容易受电磁波的干扰，即抗干扰能力强。 ①激光是一种特殊光源与普通光不同②强穿透、远距离③抗干扰、不误报、不漏报④体积小、易隐蔽⑤用人眼看不见的激光设防，保密性好，难回避⑥可兼容各种形式的探测器同时探测⑦耗电少寿命长。主要针对户内外大型公共场所，如厂矿企业、大型油田、图书馆、银行、博物馆、展览馆、学校、养殖场、监狱以及有重要物品的商铺和仓库等，同样使用在家庭防盗上也更有安全保证！此方案有着较大的未来经济效益。 1.2 报警器的分类 （1）报警探测器按工作原理主要可分为红外报警探测器、微波报警探测器、被动式红外\微波报警探测器、玻璃破碎报警器、振动报警探测器、超声波报警探测器、激光报警探测器、磁控开关报警探测器、开关报警探测器、视频运动检测报警器、声音探测器等许多种类。（2）报警探测器按工作方式可分为主动式报警探测器和被动式报警探测器。（3）报警探测器按探测范围的不同又可分为点控报警探测器、线控报警探测器、面控报警探测器和空间防范报警探测器。（4）防盗探测器是否采用电源分类可分为无源和有源两种。（5）从防盗报警器与报警主机（后端处理器）的连接方式可分为有线与无线。除了以上区分以外，还有其他方式的划分。在实际应用中，根据使用情况不同，合理选择不同防范类型的报警探测器，才能满足不同的安全防范要求。报警探测器作为传感探测器，用来探测入侵者的入侵行为及各种异常情况。在各种各样的智能建筑和普通建筑物中需要安全防范的场所很多。这些场所根据实际情况也有各种各样的安全防范目的和要求。因此，就需要各种各样的报警探测器，以满足不同的安全防范要求。
光电综合课程设计报告 姓名: 李方圆 学号: 1150730006 专业: 应用物理学
目录 1引言 (1) 1.1含义 (1) 1.2结构 (1) 1.3优点 (1) 1.4发展趋势 (2) 2理论分析 (3) 3 MATLAB数值模拟 (3) 3.1 程序主要源代码 (3) 3.2 数值模拟结果 (5) 3.3 结果分析 (5) 4心得体会 (6)
1引言 1.1含义 单包层光纤激光器的输出一般只有几十毫瓦的量级, 因此光纤激光器通常被认为是小功率光电子器件。然而, 对于大多数的激光应用领域, 我们需要更高功率的激光输出。双包层泵浦技术的出现是光纤领域的一大突破, 它使得光纤激光器和光纤放大器真正成为高功率器件。双包层光纤激光器是新型光纤激光器发展的代表，它的优点在于不需要将泵浦能量直接藕合到模场直径相对较小的光纤中去，它可以采用低成本的，大模场(多模)高功率的半导体激光器作为泵浦源。因为这个优势，近几年来，双包层光纤激光器研究受到了极大的关注。 1.2结构 图1 是双包层光纤示意图。光纤由纤芯、内包层、外包层和保护层组成, 折射率从纤心到外包层依次减小。为保证光纤输出单模激光, 纤芯直径为一般为几个微米, 内包层起着使激光约束在单模纤芯内和成为泵浦光的多模导管作用, 外包层起将泵浦光限制在内包层中的作用。内包层的直径一般为几百微米, 这种设计大大减小了对泵浦源模式的质量要求, 可用价格相对便宜的高功率多模二极管阵列做泵浦源, 通过特定的光学装置或直接人射到光纤,一部分泵浦光藕合到纤芯中, 而大部分泵浦光祸合到内包层中, 内包层中的光受外包层限制, 在内包层之间来回反射, 而不被吸收, 在不断的穿过纤芯的过程中, 被其中的激光介质一稀土元素离子吸收, 所以泵浦光在光纤的一端藕合进人光纤, 在光纤的整个长
半导体激光器工作原理 半导体激光器工作原理是：通过一定的激励方式，在半导体物质的能带（导带与价带）之间，或者半导体物质的能带与杂质（受主或施主）能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时便产生受激发射作用。半导体激光器的激励方式主要有三种：电注入式、电子束激励式和光泵浦激励式。电注入式半导体激光器一般是由GaAS（砷化镓）、InAS（砷化铟）、Insb （锑化铟）等材料制成的半导体面结型二极管，沿正向偏压注入电流进行激励，在结平面区域产生受激发射。电子束激励式半导体激光器一般用N型或者P型半导体单晶（PbS、CdS、ZhO等）作为工作物质，通过由外部注入高能电子束进行激励。光泵浦激励式半导体激光器一般用N型或P型半导体单晶（GaAS、InAs、InSb等）作为工作物质，以其它激光器发出的激光作光泵激励。
目前在半导体激光器件中，性能较好、应用较广的是：具有双异质结构的电注入式GaAs二极管半导体激光器。 半导体光电器件的工作波长与半导体材料的种类有关。半导体材料中存在着导带和价带，导带上面可以让电子自由运动，而价带下面可以让空穴自由运动，导带和价带之间隔着一条禁带，当电子吸收了光的能量从价带跳跃到导带中去时就把光的能量变成了电，而带有电能的电子从导带跳回价带，又可以把电的能量变成光，这时材料禁带的宽度就决定了光电器件的工作波长。 小功率半导体激光器（信息型激光器），主要用于信息技术领域，例如用于光纤通信及光交换系统的分布反馈和动态单模激光器（DFB-LD）、窄线宽可调谐激光器、用于光盘等信息处理领域的可见光波长激光器（405nm、532nm、635nm、650nm、670nm）。这些器件的特征是：单频窄线宽、高速率、可调谐、短波长、光电单片集成化等。大功率半导体激光器（功率型激光器），主要用于泵浦源、激光加工系统、印刷行业、生物医疗等领域。 半导体激光器主要参数： 1.波长nm：激光器工作波长，例如405nm、532nm、635nm、650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm。 2.阈值电流Ith：激光二极管开始产生激光振荡的电流，对小功率激光器而言其值约在数十毫安。 3.工作电流Iop：激光二极管达到额定输出功率时的驱动电流，此
电子科技大学 UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA 激光原理与技术 课程设计 课程教师： 作者姓名： 学号：
题目一： 编程计算图示谐振腔的稳定性与光焦度1/F的关系。可取R1=∞, R2=∞, l1=250mm, l2=200mm。，用matlab程序计算光线在腔内的轨迹，演示腔稳定和不稳定时光线在腔内往返次数增加时光线轨迹。初始光线参数可以任意选择。 利用matlab编程如下： clear,clc L1=250;L2=200; R1=inf;R2=inf; syms d; T=[1,L1;0,1]*[1,0;-d,1]*[1,L2;0,1]*[1,0;-2/R2,1]*[1,L2;0,1]*[1 ,0;-d,1]*[1,L1;0,1]*[1,0;-2/R1,1]; A=T(1,1); B=T(1,2); C=T(2,1); D=T(2,2); h=(A+D)/2; ezplot(h,[0,0.012]) title('谐振腔的稳定性');xlabel('透镜光焦度D（/mm）');ylabel('等效 g1g2') 运行结果：
题目二： 和透镜上的模式半径与光焦度1/F的关系。 计算输出镜M 2 利用matlab编程如下： clear,clc L1=250;L2=200;R1=inf;R2=inf;w1=0.5*10^-3; syms d T1=[1,L2;0,1]*[1,0;-2/R2,1]*[1,L2;0,1]*[1,0;-d,1]*[1,L1;0,1]*[1,0;-2/ R1,1]*[1,L1;0,1]*[1,0;-d,1]; A1=T1(1,1);B1=abs(T1(1,2));C1=T1(2,1);D1=T1(2,2);h1=(A1+D1)/2; W1=((w1*B1/pi)^(1/2))/((1-h1^2)^(1/4)); T2=[1,0;-2/R2,1]*[1,L2;0,1]*[1,0;-d,1]*[1,L1;0,1]*[1,0;-2/R1,1]*[1,L1 ;0,1]*[1,0;-d,1]*[1,L2;0,1]; A2=T2(1,1);B2=abs(T2(1,2));C2=T2(2,1);D2=T2(2,2);h2=(A2+D2)/2; W2=((w1*B2/pi)^(1/2))/((1-h2^2)^(1/4)); figure (1) ezplot(W1,[0,0.012]); title('透镜上的光斑半径');xlabel('透镜光焦度D（/mm）');ylabel('光束半径') figure (2); ezplot(W2,[0,0.012]) title('输出镜上的光斑半径');xlabel('透镜光焦度D（/mm）');ylabel('光束半径') figure (3);
概述：一、光源 在光纤通信系统中，光源器件可实现从电信号到光信号的转换，是光发射机以及光纤通信系统的核心器件，它的性能直接关系到光纤通信系统的性能和质量指标。光纤通信系统要求光源具有合适的发射波长，处在光纤的低损耗窗口之中；有足够大的输出功率，从而有较长的传输距离；有较窄的发光谱线，可以减少光纤的色散对信号传输质量的影响；易于与光纤耦合，确保更多的光功率进入光纤；易于调制，响应速度要快，调制失真小，带宽大；在室温下能连续工作，可靠性高，寿命至少在10万小时以上。下面简单介绍已广泛应用的两类半导体光源：半导体发光二极管（LED ）和半导体激光二极管（LD ）。 1 发光二极管（LED ） 发光二极管（LED ）是低速、短距离光波通信系统中常用的光源。其寿命很长，受温度影响较小，输出光功率与注入电流的线性关系较好，价格也比较便宜。驱动电路简单，不存在模式噪声等问 题。 发光二极管结构简单，是一个正向偏置的PN 同质结，电子-空穴对在耗尽区辐射复合发光，称为电致发光。发出的部分光耦合进入光纤供传输使用。LED 所发出的光是非相干光，具有较宽的谱宽（30～60nm ）和较大的发射角（≈100°）。 自发辐射产生的功率是由正向偏置电压产生的注入电流提供的，当注入电流为I ，在稳态时，电子-空穴对通过辐射和非辐射复合，其复合率等于载流子注入率I/q ，其中发射电子的复合率决定于内量子效率ηint ，光子产生率为(I ηint/q)，因此LED 内产生的光功率为 ()int int /P w q η= (2. 1) 式中，ω 为光量子能量。假定所有发射的光子能量近似相等，并设从LED 逸出的功率占内部产生功率的份额为ηext ，则LED 的 发射功率为 ()int int /e ext ext P P w q I ηηη== (2. 2) ηext 亦称为外量子效率。由上式可知，LED 发射功率P 和注入电流I 成正比。 发光二极管LED 是光纤通信中的常用光源，它的发光仅仅是自发辐射，属于非相干光源，其输出光发射角较大，但LED 线性度好，调制时动态范围大，信号失真小，也就是P-I 曲线线性好，其P-I 特性曲线如图2.1所示。 图2.1 发光二极管的P —I 特性曲线 15 10 5 0 0 200 400 电流(mA) 发射功率(m W ) 边发光 面发光
目录 一、基础实验部分 (1) 实验1 存储器读写实验 (1) 实验2 简单I/O口扩展实验 (3) 实验3 8255并行口实验 (4) 实验4 8253定时器/计数器接口实验 (5) 实验5 8259中断控制器实验 (7) 二、综合设计实验部分 (12)
一、基础实验部分 实验1 存储器读写实验 一、实验设备 微机实验箱、8086CPU模块。 二、实验要求 学会用使用工具软件，掌握用单步执行和断点方式运行程序，观察寄存器和内存中的数据变化等程序调试的手段。 三、实验步骤 1、实验接线:本实验无需接线。 2、编写调试程序。 3、运行实验程序，可采取单步、设置断点方式，打开内存窗口可看到内存区的变化。 四、思考题 1、①单步执行到“intram”标号的语句时，ds寄存器的数据是什么？②采用断点方式运行时执行到第一个断点处，2000H~202FH内存单元的数据是什么？③执行到第二个断点处，2000H~200FH内存单元的数据是什么？④并根据观察结果和对源程序的判读简述源程序的运行效果。 答：①ds寄存器的数据是0100H。 ②2000H~202FH内存单元的数据全是00。 ③2000H~200FH内存单元的数据是AA 55 AA 55 AA 55 AA 55 AA 55 AA 55 AA 55 AA 55。 ④源程序的运行效果是在第一个间断点处可以把数据清零，在第二个间断点处即 可完成赋值。
2、修改程序，实现从2000H 到200FH 单元依次赋值00H~0FH 的功能。 答：程序如下 code segment assume cs:code org 0100h start: mov ax,0100h mov ds,ax ;数据段地址 mov es,ax mov si,1000h ;偏移地址 mov cx,0010h ;循环次数 mov al,0 ;将al 清零 intram: mov [si],al inc si ;将偏移地址+1 inc al ;将al 的值+1 loop intram nop ;设置断点处 jmp start code ends end start 五、出现的问题及解决过程 序号 出现的问题 原因 解决过程 1 不能得到内存单元的运 行结果 未在程序中设置断点 在程序中设置正确断点 2 2000H 到200FH 单元得不 到00H~0FH 设置的循环次数不对 mov cx,0016h 将循环次数改为 mov cx,0010h
《激光原理》课程教学大纲 课程代码：090631009 课程英文名称：Principles of Laser 课程总学时：48 讲课：48 实验：0 上机： 适用专业：光电信息科学与工程 大纲编写（修订）时间：2017.10 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 本课程是光电信息科学与工程专业的必修主干专业基础课程，主要讲授有关激光的基本知识和基本理论，在光电信息科学与工程专业培养计划中，它起到由专业基础理论课向专业课过渡的承上启下的作用。本课程在教学内容方面除基本知识、基本理论的教学外，还通过课程设计培养学生的理论分析及其实际应用能力。 通过本课程的学习，可以使学生： 1. 掌握激光的概念及产生原理、光学谐振腔理论、速率方程理论、激光器的特性及其控制和改善的原理。了解激光技术新的发展和应用； 2. 具有综合运用数学、物理等学科知识对实际与激光有关的问题进行理论分析的能力； 3. 获得初步的激光器件设计技能，为后续课程的学习以及相关课程设计、毕业设计等奠定重要的基础。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 1. 知识方面的基本要求 通过本科程的学习，使学生掌握：激光的概念、特性及产生原理；激光器的构成及工作原理；光学谐振腔与高斯光束知识；光与物质的共振相互作用的速率方程理论；激光的振荡特性、放大特性及其特性的控制和改善知识。 2. 能力方面的基本要求 通过本科程的学习，培养学生：光学谐振腔分析能力及其初步设计能力；激光器的振荡特性、放大特性的分析能力；激光器特性的控制与改善的初步设计能力。 3. 技能方面的基本要求 通过本课程的学习，使学生获得：光学谐振腔设计的初步技能；激光器特性的控制与改善的初步的理论设计能力。 （三）实施说明 1．教学方法：课堂中要重点突出对基本概念和基本原理的讲解；采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；引导学生主动思考，提高学生的自学能力；鼓励学生参与讨论和课堂发言，调动学生学习的积极性；教学中注意理论联系实际，培养学生的工程意识（创新、实践、安全、标准、竞争、法律和管理等意识）和工程能力（思维、自学、研究、操作和创造能力等）。 2．教学手段：本课程属于专业基础课，在教学中采用电子教案和多媒体教学系统等先进教学手段，以确保在有限的学时内，全面、高质量地完成课程教学任务。 本教学大纲是根据光电信息科学与工程专业的特点和学科内容要求而制定的,在执行本大纲时应注意以下几点： 1. 在授课过程中要由易到难，循序渐进。重点是物理概念和物理模型的讲解，其次是数学理论与方法的具体应用；
自动化与电气工程学院 电子技术课程设计报告 题目数字电压表的制作 专业 班级 学号 学生姓名 指导教师 二○一三年七月
一、课程设计的目的与意义 1.课程设计的主要目的，是通过电子技术综合设计，熟悉一般电子电路综合设计过程、设计要求、完成的工作内容和具体的设计方法。 2.同时了解双积分式A/D转换器ICL7107的性能及其引脚功能，熟悉集成电路ICL7107构成直流数字电压表的使用方法，并掌握其在电路中的工作原理。 3.通过设计也有助于复习和巩固以往的模电、数电内容，达到灵活应用的目的。在完成设计后还要将设计的电路进行安、调试以加强学生的动手能力。在此过过程中培养从事设计工作的整体观念。 4.利用双积分式A/D转换器ICL7107设计一数字电压表，量程为-1.99—+1.99，通过七段数码管显示。 二、电路原理图 数字电压表原理图
三、课程设计的元器件 1.课程设计所使用的元器件清单： 2.主要元器件介绍 （1）芯片ICL7107： ICL7107的工作原理 双积分型A/D转换器ICL7107是一种间接A/D转换器。它通过对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，然后利用脉冲时间间隔，进而得出相应的数字性输出。 它的原理性框图如图所示，它包括积分器、比较器、计数器，控制逻辑和时钟信号源。积分器是A/D转换器的心脏，在一个测量周期内，积分器先后对输入信号电压和基
准电压进行两次积分。比较器将积分器的输出信号与零电平进行比较，比较的结果作为数字电路的控制信一号。时钟信号源的标准周期Tc 作为测量时间间隔的标准时间。它是由内部的两个反向器以及外部的RC组成的。其振荡周期Tc=2RCIn1.5=2.2RC 。 ICL7106A/D转换器原理图 计数器对反向积分过程的时钟脉冲进行计数。控制逻辑包括分频器、译码器、相位驱动器、控制器和锁存器。 分频器用来对时钟脉冲逐渐分频，得到所需的计数脉冲fc和共阳极LED数码管公共电极所需的方波信号fc。 译码器为BCD-7段译码器，将计数器的BCD码译成LED数码管七段笔画组成数字的相应编码。 驱动器是将译码器输出对应于共阳极数码管七段笔画的逻辑电平变成驱动相应笔画的方波。 控制器的作用有三个：第一，识别积分器的工作状态，适时发出控制信号，使各模拟开关接通或断开，A/D转换器能循环进行。第二，识别输入电压极性，控制LED 数码管的负号显示。第二，当输入电压超量限时发出溢出信号，使千位显示“1" ，其余码全部熄灭。 钓锁存器用来存放A/D转换的结果，锁存器的输出经译码器后驱动LED 。它的每个测量周期自动调零（AZ）、信号积分（INT）和反向积分（DE）三个阶段。
激光原理与技术课程设计 --谐振腔自再现模式特性分析 XXX uestc LD 课程设计任务与要求 ）编程计算图示谐振腔的稳 的关系。可 取R1=∞, R2=∞, l1=250mm, l2=200mm。
（2）计算输出镜M2和透镜上的模式半径与光焦度1/F的关系。 （3）取使谐振腔稳定的F值，计算腔内模式半径与z的关系。（4）取不同的l1值和R1值，计算谐振腔的稳定性，输出镜 M2和透镜上的模式半径与光 焦度1/F的关系。
(r0, 0) 2.实验原理分析 1）光焦度与谐振腔稳定性的关系 光学谐振腔的稳定性可以用光线往返一周后的【A B C D】矩阵来描述，根据谐振腔稳定性条件可以判断，当2A+D （）<1 4 时为稳定腔，当2A+D （）>1时为非 4
稳腔，当2A+D （）=1时为临界腔。 4 再用matlab方法作图就可以画出光焦度D与谐振腔稳定 性的关系 2）光焦度与透镜和输出镜作图原理 设腔内五个部分的【A B C D】矩阵分别为 Tr1 Tl1 TF Tl2 Tr2,透镜和输出镜上的传播矩阵分别为
T1=Tl1*Tr1*Tl1*TF*Tl2*Tr2 *Tl2*TF和 T2=Tl2*TF*Tl1*Tr1*Tl1*TF *Tl2*Tr2;利用matlab编程 得到 传播矩阵T1 T2，根据公 式， 用matlab方法作图就可以画出光焦度D与透 镜和输出镜上光斑半径的关系。3）z = w()z w
算输出镜M2和透镜上的模式半 的关系，根据公 式 只要求得光腰半径w0的大小，就可以求出任意处z 的光斑半径大小，而光腰半径w0的大小可以用上述公式逆用求得，根据某一参考面【A B C D 】矩阵，可以求出该处光斑半径，和等相位面的大小，以及相对光腰的位 w()z w =