光电系统模拟与仿真设计报告
光电系统模拟与仿真设计报告
实验内容
1、用 MATLAB 可以识别的格式输入下面两个矩阵
1 2 A 1 3 1
2 3 3 2 8
3 5 5 3 9
3 7 7 9 4
4 1 4i
6 5 3 5
7 8 5 4 2i 4 2 4 3
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
-5-
（2） sin(tan t ) tan(sin t ) ，其中 t ( , ) Plot_sin&tan.m clear; clc; t = -pi: pi/100: pi; y=sin(tan(t)) - tan(sin(t)); plot(t, y); Result:
Non-Cycling.m clear; clc; i = 0: 63; sum_frt = sum(2.^i) Result: sum_frt = 1.8447e+019
-4-
4、编程实现：一个三位整数各位数字的立方和等于该数本身则称该数为水仙花数，输出全 部水仙花数。 Narcissus.m clear; clc; n = 1; for i = 100: 999 h = floor(i/100); t = floor(i/10 - h*10); u = floor(i - t*10 - h*100); if (h^3 + t^3 + u^3) == i fprintf('第%d个水仙花数：%d\n', n, i); n = n + 1; end end Result: 第 1 个水仙花数：153 第 2 个水仙花数：370 第 3 个水仙花数：371 第 4 个水仙花数：407
光电类课程虚拟仿真实验教学系统的构建与应用
光电类课程虚拟仿真实验教学系统的构建与应用一、引言光电类课程虚拟仿真实验教学系统是利用计算机技术和虚拟仿真技术，构建模拟真实光电实验环境，为学生提供可视化、交互性强的实验教学平台。
本文旨在探讨光电类课程虚拟仿真实验教学系统的构建与应用，介绍系统的特点、建设过程以及应用效果，以期为教学实践提供参考。
二、光电类课程虚拟仿真实验系统构建1.系统需求分析光电类课程主要涉及光学、光电子学、光通信等多个领域，要求系统能够模拟各种相关实验，包括光的衍射、干涉、光电效应等实验内容。
同时，系统需要具备良好的用户交互性和可视化效果，以提升学生的学习体验。
2.系统技术选型针对光电类实验的特点，选择合适的虚拟仿真技术和开发工具进行系统构建。
常用的虚拟仿真技术包括虚拟现实技术、增强现实技术等，可以根据具体需求进行选择。
3.数据模型设计构建光电类课程虚拟仿真实验系统需要建立相应的数据模型，包括实验场景模型、光学元件模型、光源模型等，以便系统能够准确地模拟实验过程。
4.系统功能设计根据教学需求，设计系统的功能模块，包括实验模拟模块、实时数据采集模块、实验结果分析模块等，以满足学生的实验学习需求。
5.界面设计与优化系统的界面设计要简洁直观，符合用户习惯，通过图形化处理，使得实验操作更加直观，提升学生的学习积极性。
6.系统测试与优化系统构建完成后需进行全面测试，发现问题并及时修复，确保系统的稳定性和可靠性。
三、光电类课程虚拟仿真实验系统应用1.教学案例设计根据光电类课程的具体内容，设计相关的教学案例，通过虚拟仿真实验系统展现给学生，帮助学生理解理论知识，并进行实际操作。
2.实验教学辅助虚拟仿真实验系统可以作为实验教学的重要辅助手段，帮助学生更好地理解实验原理，提升实验操作能力。
3.独立实验操作学生可以利用虚拟仿真实验系统进行独立实验操作，通过模拟实验环境，进行实验操作和数据采集，提高实验技能。
4.在线实验评估系统可以记录学生的实验操作过程和结果，进行在线实验评估，帮助教师及时发现学生在实验操作中存在的问题，进行及时辅导。
光电类课程虚拟仿真实验教学系统的构建与应用
光电类课程虚拟仿真实验教学系统的构建与应用随着科技的发展，虚拟仿真实验教学系统在各个领域得到了广泛的应用，尤其是在光电类课程教学中。
光电类课程是现代科学技术中非常重要的一门学科，因此如何有效地教授光电类课程的实验内容成为了教师们面临的挑战。
虚拟仿真实验教学系统为我们提供了一个有效的解决方案。
首先，光电类课程虚拟仿真实验教学系统可以极大地提高学生的学习效果。
传统的光电实验通常需要一定的设备和实验环境，同时存在实验时间限制和操作风险。
虚拟仿真实验系统能够模拟真实实验环境，使学生可以在虚拟实验室中进行实验操作，同时能够提供实验材料和实验步骤的详细说明。
学生可以通过虚拟实验系统进行多次实验操作，避免了传统实验中可能出现的不确定性因素，从而提高了实验结果的稳定性和准确性。
其次，光电类课程虚拟仿真实验教学系统能够提供更加生动直观的实验展示。
实验结果通过虚拟仿真系统可以以图形、动画等形式呈现给学生，使学生更加直观地理解实验原理和结果，有助于加深对理论知识的理解和记忆。
同时，虚拟仿真系统还可以提供实验数据的实时监测和分析，学生可以通过对实验数据的观察和分析来掌握实验规律和方法，进一步提高实验操作和数据处理的能力。
再次，光电类课程虚拟仿真实验教学系统能够实现个性化教学。
虚拟仿真实验系统能够根据学生的不同学习需求提供个性化的学习环境和学习内容。
学生可以根据自己的学习进度和兴趣选择不同的实验项目和实验难度，并可以自由调整实验参数和条件，从而实现个性化的学习路径和学习效果。
同时，虚拟实验系统还可以根据学生的学习情况提供实时的反馈和指导，帮助学生查找和解决学习中的问题。
最后，光电类课程虚拟仿真实验教学系统还能够节省教学资源和提高教学效率。
传统的光电实验通常需要大量的实验设备和实验场地，并且实验过程中需要专业的教师进行指导和解答。
而虚拟仿真实验系统可以通过计算机软件实现实验教学的全部过程，不需要大量的设备和场地，同时也减少了教师的工作量。
模电仿真实验报告
模电仿真实验报告模电仿真实验报告引言模拟电子技术是电子工程中的重要分支，通过对电子电路的仿真实验，可以更好地理解和掌握电路的工作原理和性能特点。
本实验旨在通过模电仿真实验，探索和研究电路的性能参数及其相互关系，提高对电路的理论与实际应用的认识。
实验目的本次模电仿真实验的主要目的是研究和分析RC电路的频率响应特性，并通过仿真实验验证理论计算结果的准确性。
具体目标如下：1. 理解RC电路的基本原理和频率响应特性；2. 通过仿真实验测量RC电路的频率响应曲线，并与理论计算结果进行对比分析；3. 掌握模电仿真软件的基本操作和参数设置。
实验原理RC电路是由电阻（R）和电容（C）组成的一种基本电路，其频率响应特性是指电路在不同频率下对输入信号的响应程度。
根据理论计算，RC电路的频率响应曲线呈现低通滤波特性，即在低频时通过输入信号的幅度较大，而在高频时则衰减较快。
实验步骤1. 搭建RC电路：根据实验要求，选择合适的电阻和电容值，搭建RC电路。
2. 设置仿真参数：打开模电仿真软件，选择合适的电源和信号源，设置仿真参数。
3. 仿真实验：通过模电仿真软件进行RC电路的频率响应仿真实验，记录实验数据。
4. 数据分析：根据实验数据，绘制RC电路的频率响应曲线，并与理论计算结果进行对比分析。
5. 结果总结：总结实验结果，评价实验的准确性和实用性。
实验结果与分析根据实验步骤和原理，我们进行了RC电路的频率响应仿真实验，并得到了实验数据。
通过数据分析和计算，我们绘制了RC电路的频率响应曲线，并与理论计算结果进行了对比。
实验数据显示，随着频率的增加，RC电路的输出幅度逐渐减小，符合低通滤波特性。
而理论计算结果与实验数据吻合较好，验证了理论计算的准确性。
实验总结通过本次模电仿真实验，我们深入了解了RC电路的频率响应特性，并通过仿真实验验证了理论计算结果的准确性。
同时，我们也掌握了模电仿真软件的基本操作和参数设置，为今后的模电实验和电路设计提供了基础。
光电系统设计报告20151213
光电系统课程设计论文/报告《近红外光波长的光功率计设计》姓名小陈学号201XXXXXXXXX专业电子科学与技术班级电科1124（伟钿）目录《近红外光波长的光功率计设计》 (1)近红外光波长的光功率计设计 (3)1系统总体设计方案 (3)2系统分析与各模块或单元电路的设计 (3)2.1光电转换电路 (3)2.2I/V变换与滤波放大电路 (3)2.3AD转换模块 (4)2.4单片机控制系统。
(4)2.5LCD显示模块 (5)3参数计算 (5)3.1光电转换电路 (5)3.1.1InGaAs-PIN （微型封装）光电探测器的相关参数： (5)3.1.2涉及公式： (6)3.2I/V变换与滤波放大电路 (8)3.2.1LM741的相关参数[2] (8)3.2.2涉及公式 (8)4元器件选择等 (9)5完整的系统原理电路图 (10)6所需的元器件清单 (10)7仿真调试方案与步骤 (11)7.1仿真准备 (11)7.2开始仿真 (11)7.3仿真总结 (12)8相应测量表格与测量结论 (12)9完整的系统印刷电路板布线设计图 (13)10程序设计部分 (13)10.1程序流程图 (13)10.2程序源代码 (14)11参考文献 (18)12任务分组情况 (19)近红外光波长的光功率计设计摘要：这是一个简单的测近红外光功率的仪器，由光纤端口输入光信号至光电传感器InGaAs-PIN 光电二极管，然后通过放大滤波将噪声消除。
再通过一个ADC0809数模转换芯片将模拟电压量转化为数字量。
并且使用最经典的STC89C51单片机。
使得开发成本降低。
总得来说该设备具有成本低。
效率高，误差较小等优点，可以满足普通情况下对精准度要求不高的场所。
1 系统总体设计方案近红外光功率计的基本工作流程图如图1所示[1]，它首先把传输过来的光信号投射在InGaAs-PIN 光探测器的光敏面上以将其转变为电流，再经过I/V 变换电路和放大电路得到电压信号。
光伏发电系统建模及其仿真(毕业设计论文)
本科生毕业设计说明书（设计论文）题目：光伏发电系统建模及其仿真光伏发电系统建模及其仿真摘要伴随着能源危机和环境问题的不断加剧，清洁能源的发展进程被大大的推进了。
太阳能作为一种新能源以其没有污染，安全又可靠，能量随处可以得到等优点越来越受到人们的青睐。
无论从近期还是远期，无论从能源环境的角度还是从边远地区和特殊应用领域需求的角度考虑，太阳能发电都极具有吸引力。
那么对光伏发电系统的研究则就变得既有价值又有意义。
通过对光伏发电系统的理论研究学习，建立了完整的光伏发电系统体系，本文深入的研究了光伏电池在不同光照强度、不同温度下的电压、功率输出特性。
本文的研究重点是光伏发电系统的控制技术，以及在MATLAB/SIMULINK仿真环境下的仿真结果。
讨论了多种最大功率点跟踪方法；且分别讨论学习了在光伏并网和独立发电系统情况下的逆变器和MPPT的控制，并建立了仿真模型，提出了相应的控制策略。
且在最后论述了孤岛效应的产生和反孤岛策略，用电压频率检测法完成了孤岛检测与保护。
关键词：光伏电池，逆变器，最大功率点跟踪，孤岛效应， MATLAB仿真AbstractWith the growing energy crisis and environmental problems, clean energy is greatly promote the development process. Solar energy as a new kind of energy for its no pollution, safe and reliable, widely available energy advantages, such as more and more get the favor of people. No matter from the near future or long-dated and, no matter from the Angle of energy and environment, or from remote areas and special applications demand point of view, solar power generation is extremely attractive. So the study of photovoltaic power generation system has become both a rewarding and meaningful.Through the study of theoretical research of photovoltaic power generation system, established a complete system of photovoltaic power generation system, this paper in-depth study the photovoltaic cells under different illumination intensity, temperature, voltage, power output characteristics.In this paper, the research emphasis is the control technology of photovoltaic power generation system, and the simulation results in MATLAB/SIMULINK environment. Discussed a variety of maximum power point tracking methods; And, respectively, to discuss the study under the condition of independent power generation and photovoltaic (pv) grid system of the inverter with MPPT control, and established the simulation model, put forward the corresponding control strategy. And islanding is discussed at the end of the production and the reverse island strategy, using frequency voltage tests completed island detection and protection.Keywords: photovoltaic batteries, inverter, maximum power point tracking, islanding, the MATLAB simulation目录摘要 (I)Abstract .......................................................................................................................... I I 第一章绪论.. (1)1.1新能源发电的背景和意义 (1)1.2光伏产业的现状和前景 (1)1.2.1太阳能光伏发电的发展现状 (2)1.2.2光伏发电产业的前景 (3)1.3本文设计内容 (4)第二章光伏发电系统概述 (5)2.1光伏发电系统的基本工作原理 (5)2.2光伏发电系统的组成 (6)2.3光伏发电系统的分类 (6)2.3.1太阳能独立光伏发电系统 (6)2.3.2 并网光伏发电系统 (7)2.3.3互补型光伏发电系统 (9)第三章光伏发电系统建模及其仿真 (10)3.1光伏电池阵列的建模 (10)3.1.1 光伏电池阵列的数学模型 (10)3.1.2 光强和温度对光伏电池输出结果的影响 (13)3.1.3太阳光光照强度模型 (14)3.2光伏发电系统的主电路模型 (15)3.2.1光伏并网发电系统的主电路模型 (16)3.2.2离网型光伏发电系统的主电路的模型 (17)第四章光伏发电系统的控制技术 (18)4.1光伏发电MPPT技术 (18)4.2电导增量法 (19)4.2.1电导增量法的原理 (19)4.2.2电导增量法改进 (21)4.3 最大功率控制技术仿真 (23)4.4光伏并网发电系统的控制 (27)4.4.1并网逆变器控制 (27)4.4.2 电流环的分析建模 (29)4.4.3锁相环的原理分析 (31)4.5离网光伏发电系统的控制 (33)4.5.1 光伏充电控制分析 (33)4.5.2独立光伏发电系统的逆变器控制技术 (37)第五章光伏并网系统中的孤岛效应 (40)5.1孤岛效应的分析和危害 (40)5.2 孤岛效应的检测 (40)5.2.1孤岛检测标准 (40)5.2.2孤岛检测方法 (41)结论 (46)展望 (47)参考文献 (48)致谢 (50)第一章绪论1.1新能源发电的背景和意义能源一直是人类社会生存和发展的动力和源泉。
光电系统课程设计报告
光电系统课程设计报告设计题目：光电心率计指导老师：吴xx班级： 10XX设计者： XXX设计者学号： *************同组者姓名： ********************************************************************************************* 设计者联系电话： ******************目录一．摘要 (4)二．技术指标 (4)三．设计原理 (5)3.1、光电探测电路 (5)3.2、电源电路 (6)3.3、滤波放大电路及虚拟地电路 (6)3.4、单片机电路 (7)3.5、显示电路 (8)3.6、蜂鸣器电路 (9)四．设计方案论证 (9)4.1、心率计的软件实现方法 (9)4.2、滤波放大电路的实现 (9)4.3、光电探测电路的实现 (10)4.4、心率值的显示方法 (10)五. 硬件电路设计 (11)5.1、电源电路设计 (11)5.2、光电探测电路 (12)5.3、“虚拟地”电路 (12)5.4、滤波放大电路 (12)5.5、单片机电路 (13)5.6、译码显示电路 (15)5.7、蜂鸣器电路 (16)六．软件设计 (16)6.1 总流程图 (17)6.2 主函数流程图 (18)6.3 采样比较程序 (19)6.4 心率计算与显示警报模块 (20)七．结论 (21)八．课程设计的心得体会 (21)参考文献 (22)附录 (23)附录一、程序代码 (23)附录二、原理图 (28)附录三、PCB所有层图 (29)附录四、顶层PCB图 (30)附录五、底层PCB图 (30)附录六、元件清单 (31)一．摘要随着现代社会，人们对自己的健康越来越关心，因此对各种医疗设备的需要也越来越大。
其中心率测量仪是最常见的医疗设备之一，它能应用于医疗、健康、体育以及我们生活中的方方面面，因此一个简单便宜而又有较高精度的心率测量仪是很有市场的。
光电系统模拟与仿真指导书
实验一MATLAB基本操作实验目的1．熟悉MATLAB实验环境，练习MATLAB命令、m文件、Simulink的基本操作。
2．利用MATLAB编写程序进行矩阵运算、图形绘制、数据处理等。
实验原理MATLAB环境是一种为数值计算、数据分析和图形显示服务的交互式的环境。
MATLAB 有3种窗口，即：命令窗口（The Command Window）、m-文件编辑窗口（The Edit Window）和图形窗口（The Figure Window），而Simulink另外又有Simulink模型编辑窗口。
1．命令窗口（The Command Window）当MA TLAB启动后，出现的最大的窗口就是命令窗口。
用户可以在提示符“>>”后面输入交互的命令，这些命令就立即被执行。
在MA TLAB中，一连串命令可以放置在一个文件中，不必把它们直接在命令窗口内输入。
在命令窗口中输入该文件名，这一连串命令就被执行了。
因为这样的文件都是以“.m”为后缀，所以称为m-文件。
2．m-文件编辑窗口（The Edit Window）我们可以用m-文件编辑窗口来产生新的m-文件，或者编辑已经存在的m-文件。
在MATLAB主界面上选择菜单“File/New/M-file”就打开了一个新的m-文件编辑窗口；选择菜单“File/Open”就可以打开一个已经存在的m-文件，并且可以在这个窗口中编辑这个m-文件。
3．图形窗口（The Figure Window）图形窗口用来显示MA TLAB程序产生的图形。
图形可以是2维的、3维的数据图形，也可以是照片等。
实验内容1 用MATLAB可以识别的格式输入下面两个矩阵12332357135732391894A ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦ 144367823355422675342189543i i B i +⎡⎤⎢⎥+⎢⎥=⎢⎥+⎢⎥⎣⎦再求出它们的乘积矩阵C ，并将C 矩阵的右下角2×3子矩阵赋给D 矩阵。
光电系统仿真技术发展分析
光电系统仿真技术发展分析摘 要：随着MBSE 等正向研发设计理念逐渐为大家所了解，仿真技术作为一种重要的验证手段，已经越来多地应用到产品设计阶段。
光电系统是光学、机械、电子等多种学科高度集成的复杂系统，各种单学科仿真技术、多学科联合仿真技术以及系统仿真技术也渐渐地应用到光电系统的设计中。
本文系统的梳理了光电系统仿真技术体系，分析了各项仿真技术的特点、发展方向，对光电系统仿真的深入发展给出了具体建议。
关 键 词：光电系统仿真、单学科仿真、多学科仿真、系统性能仿真、MBSE0 引言仿真是利用模型复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统，又称为模拟。
随着技术的进步，各种仿真技术在光电系统设计中得到广泛应用，例如采用有限元分析软件对光电系统的结构频率、振动响应、温度分布进行仿真。
由于光电系统是光机电高度集成的复杂系统，涉及光学、机械、控制、电气、图像等大量学科领域，现阶段的仿真技术仍不能满足光电系统设计分析的需要，不能全面地仿真分析光电系统的性能。
本文着眼于光电系统仿真技术的发展与应用，对光电系统仿真技术进行了系统的梳理，介绍了各项仿真技术的概念、内涵、国内外应用现状，给出了仿真技术应用与提升的建议。
1 光电系统仿真技术体系光电系统涉及的专业极为广泛，要完整全面地仿真光电系统的作战使用性能，涉及到大量的仿真分析技术，还需要在各单项仿真技术基础上开展多学科联合仿真，完成系统集成仿真。
光电系统仿真分析技术体系可以按照复杂程度进行归纳，如表1和图1所示。
表1 光电系统仿真技术体系图1 光电系统仿真技术体系在上述仿真技术中，单学科仿真技术已经相对成熟。
多学科联合仿真技术，虽然技术路线较为清晰，也有一些商用软件能够实现部分功能，但是在光电系统方面工程化应用还不够成熟，有待深入研究。
对于系统仿真，技术方向较为明确，但是技术路线尚不明确，国内外也少有相关研究报道。
下面分别对各项仿真技术进行分析。
光学仿真实验报告
一、实验目的1. 了解光学仿真实验的基本原理和方法；2. 通过仿真实验，加深对光学理论知识的理解和掌握；3. 学会使用光学仿真软件进行实验，提高实验操作能力。
二、实验原理光学仿真实验是通过计算机模拟光学系统的工作原理，以获得实验结果的过程。
本实验主要利用光学仿真软件进行以下实验：1. 几何光学仿真：研究光学系统中的光线传播、成像规律等；2. 电磁光学仿真：研究光与物质相互作用，如光的吸收、散射、折射等；3. 傅里叶光学仿真：研究光学系统的频谱特性、滤波处理等。
三、实验仪器与软件1. 实验仪器：光学实验平台、电脑、投影仪等；2. 实验软件：Zemax、TracePro、LightTools等光学仿真软件。
四、实验内容及步骤1. 几何光学仿真实验（1）实验目的：研究透镜成像规律，验证高斯成像公式。
（2）实验步骤：1）搭建实验平台，安装光学元件；2）使用Zemax软件建立透镜成像模型；3）设置实验参数，如物距、像距、透镜焦距等；4）运行仿真，观察成像结果；5）分析结果，验证高斯成像公式。
2. 电磁光学仿真实验（1）实验目的：研究光与物质相互作用，如光的吸收、散射、折射等。
（2）实验步骤：1）搭建实验平台，安装光学元件；2）使用TracePro软件建立光与物质相互作用模型；3）设置实验参数，如波长、介质参数等；4）运行仿真，观察光与物质相互作用结果；5）分析结果，了解光的吸收、散射、折射等特性。
3. 傅里叶光学仿真实验（1）实验目的：研究光学系统的频谱特性、滤波处理等。
（2）实验步骤：1）搭建实验平台，安装光学元件；2）使用LightTools软件建立光学系统模型；3）设置实验参数，如波长、滤波器设计等；4）运行仿真，观察频谱特性和滤波处理结果；5）分析结果，了解光学系统的频谱特性和滤波处理方法。
五、实验结果与分析1. 几何光学仿真实验结果：通过仿真实验，验证了高斯成像公式，并观察到不同物距下的成像情况。
《光电成像系统数字建模虚拟仿真》实验指导书
《光电成像系统数字建模虚拟仿真》实验指导书一、实验任务当前，各种基于光电成像系统观测的总体设计中（对地观测、机载平台、舰载平台、车载平台等），对光电成像系统的性能要求不断提高，如何能在设计阶段得知其光电成像性能是提高光电探测系统性能的关键。
根据光电成像系统成像过程，本综合实验按照信息传输通道的组成，对成像过程进行模块化虚拟仿真建模，分别为：大气传输模块、成像系统运动模块、光学系统模块、探测器模块、电子线路模块、显示器模块和人眼滤波模块。
成像过程如图1所示。
图1 光电成像过程图通常情况下光电成像系统近似为线性移不变系统，可用调制传递函数MTF来描述成像系统对成像质量的影响。
MTF仿真思路是:在频域空间，建立成像系统各组成单元的空间调制传递函数模型，考虑到各组成单元的独立性，系统总的传递函数为各组成单元传递函数的乘积，然后对输入场景图做傅里叶变换，把空域数据转换为频域数据，接着使系统MTF与频域数据相乘，最后做傅里叶逆变换恢复空间场景图，即完成了图像仿真过程。
仿真过程图如图2所示。
图2 仿真过程图图像仿真从视觉的角度来评价成像系统的质量，为了对系统有一个客观的评价，本综合虚拟仿真实验又设计了系统综合评价指标MTF、NETD和MRTD，这样通过人眼主观感受和客观数据来综合评价系统成像质量。
二、实验目的根据光电成像过程，建立大气、成像平台的振动、光学系统、焦平面阵列、电子线路以及显示器和人眼对成像质量的影响方式和理论评价模型，设计成像系统性能评价指标MTF、NETD和MRTD计算算法。
三、实验要求根据光电成像系统的基本信息传递过程，结合影响成像质量的各个环节，完成了光电成像系统数字建模虚拟仿真设计。
设计的基本模块包括大气仿真模块、成像平台运动模块、光学系统模块、探测器模块、信号处理电路模块、成像系统噪声模块、显示器模块和人眼效应模块。
在总体性能评价指标方面采用系统调制传递函数MTF、噪声等效温差NETD和最小可分辨温差MRTD来评价成像系统综合性能指标。
光学模拟实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解光学模拟实验的基本原理和方法；2. 掌握光学模拟软件的基本操作；3. 通过模拟实验，加深对光学原理的理解；4. 培养分析问题和解决问题的能力。
二、实验原理光学模拟实验是利用计算机模拟光学系统的成像过程，通过模拟实验，可以直观地了解光学系统的成像特性，分析影响成像质量的因素，从而优化光学系统设计。
光学模拟实验的基本原理是利用傅里叶变换对光学系统进行频谱分析，通过模拟光学系统的各个光学元件对光波的影响，计算出系统的成像质量。
三、实验仪器与软件1. 实验仪器：计算机、投影仪、实验平台、实验设备（如光学元件、光源等）；2. 实验软件：Zemax、LightTools、TracePro等光学模拟软件。
四、实验内容1. 光学系统设计：根据实验要求，设计光学系统，包括选择光学元件、确定光学元件的位置等；2. 模拟实验：利用光学模拟软件，模拟光学系统的成像过程，分析成像质量；3. 结果分析：对模拟结果进行分析，找出影响成像质量的因素，优化光学系统设计。
五、实验步骤1. 设计光学系统：根据实验要求，选择合适的镜头、光阑、滤光片等光学元件，确定光学元件的位置，绘制光学系统图；2. 模拟实验：打开光学模拟软件，导入光学系统图，设置光源、成像平面等参数，进行模拟实验；3. 结果分析：观察模拟结果，分析成像质量，找出影响成像质量的因素；4. 优化设计：根据分析结果，对光学系统进行优化设计，提高成像质量。
六、实验结果与分析1. 实验结果：通过模拟实验，可以得到光学系统的成像质量，包括成像清晰度、分辨率、畸变等参数；2. 结果分析：分析成像质量，找出影响成像质量的因素，如光学元件的成像质量、光学系统的设计等。
七、实验结论1. 通过光学模拟实验，加深了对光学原理的理解，掌握了光学模拟软件的基本操作；2. 优化了光学系统设计，提高了成像质量；3. 培养了分析问题和解决问题的能力。
八、实验注意事项1. 在设计光学系统时，要考虑光学元件的成像质量，选择合适的元件；2. 在模拟实验中，要设置合适的参数，如光源、成像平面等；3. 分析结果时，要全面考虑影响成像质量的因素，优化设计。
光电技术系统实验报告
一、实验目的1. 了解光电技术的基本原理和应用领域；2. 掌握光电传感器的使用方法和性能测试；3. 学习光电系统的设计和调试方法；4. 培养实验操作能力和分析问题的能力。
二、实验原理光电技术是利用光与物质相互作用产生电信号的一种技术。
它广泛应用于信息获取、传输、处理、显示和存储等领域。
本实验主要涉及光电传感器、光电转换器、光电控制器等基本组件，通过实验了解光电技术的原理和应用。
三、实验器材1. 光电传感器（光敏电阻、光电二极管、光电三极管等）；2. 光源（白炽灯、激光器等）；3. 光电转换器（光电耦合器、光电倍增管等）；4. 光电控制器（放大器、滤波器、整形器等）；5. 测量仪器（示波器、万用表等）；6. 实验平台（实验桌、支架等）。
四、实验步骤1. 光电传感器性能测试（1）将光电传感器分别接入光敏电阻、光电二极管、光电三极管等；（2）调整光源强度，观察传感器输出信号的变化；（3）记录不同光源强度下传感器的输出信号，分析其特性。
2. 光电转换器性能测试（1）将光电转换器接入光电耦合器、光电倍增管等；（2）调整光源强度，观察光电转换器的输出信号；（3）记录不同光源强度下光电转换器的输出信号，分析其特性。
3. 光电控制器性能测试（1）将光电控制器接入放大器、滤波器、整形器等；（2）调整输入信号，观察光电控制器的输出信号；（3）记录不同输入信号下光电控制器的输出信号，分析其特性。
4. 光电系统设计（1）根据实验需求，设计光电系统方案；（2）选择合适的传感器、转换器和控制器；（3）搭建实验平台，进行系统调试；（4）测试系统性能，验证设计方案。
五、实验结果与分析1. 光电传感器性能测试结果通过实验，我们得到了不同光电传感器在不同光源强度下的输出信号。
结果表明，光敏电阻、光电二极管、光电三极管等传感器具有不同的响应速度和灵敏度。
在实际应用中，应根据需求选择合适的传感器。
2. 光电转换器性能测试结果实验结果显示，光电耦合器和光电倍增管等转换器在提高信号传输距离和放大信号方面具有显著效果。
光电系统模拟与仿真设计报告
光电系统模拟与仿真设计报告学号:光电技术系08年6月22日实验一 MATLAB 基本操作【实验目的】1.熟悉MATLAB 实验环境，练习 MATLAB^令、m 文件、Simulink 的基本操作。
2 •利用MATLAB 编写程序进行矩阵运算、图形绘制、数据处理等。
【实验内容】1、用MATLAB 可以识别的格式输入下面两个矩阵调用相应的命令查看 MATLABT 作空间的占用情况。
2、用MATLAB^言实现下面的分段函数h , x a Dy = f ( x ) = <h / Dx , x 兰D—h, x £ —D3、 分别用for 和while 循环结构编写程序，求出63 ■i・|2 |3 |i 62 i 63K 八 2=12 2 2——亠22i -0并考虑一种避免循环的简洁方法来进行求和。
4、 选择合适的步距绘制出下面的图形(1)sin( 1 /1)，其中 r ( -1,1)(2)sin(tan t ) - tan(sin t )，其中 t -(-二，二)12 3 3 23 5 7 A = |l3 5 7 3 23 9 JI8 94一■「1 +4i4 3 6 7 8 B =2 3 3 5 5 4 +2i 2 6 + 7i 5 3 4 2189543再求出它们的乘积矩阵 C,并将C 矩阵的右下角2X 3子矩阵赋给 D 矩阵。
赋值完成后,5、求解下面的线性代数方程，并验证得出的解真正满足原方程。
_7 2 1 -2 1■4 1■1 3 2 13 ]■9019 15 3 -2 7 7 2 1 -2 6 4-2 -2 11 5X =-1，(b)9 15 3-2X ―1171 3213[0 1 1-2 -2115 - -2 -1【实验程序及相应结果】1、在编辑器里输入一下程序A=[1,2,3,3;2,3,5,7;1,3,5,7;3,2,3,9;1,8,9,4];B=[1+4i,2,3,6,7,8;2,3,3,5,5,4+2i;2,6+7i,5,3,4,2;1,8,9,5,4,3];C=A*BD=C(4:5,4:6)单击运行后结果如下：C =1.0e+002 *0.1400 + 0.0400i 0.5000 + 0.2100i 0.5100 0.4000 0.4100 0.3100 + 0.0400i 0.2500 + 0.0800i 0.9900 + 0.3500i 1.0300 0.7700 0.7700 0.5900 + 0.0600i 0.2400 + 0.0400i 0.9700 + 0.3500i 1.0000 0.7100 0.7000 0.5100 + 0.0600i0.2200 + 0.1200i 1.0200 + 0.2100i 1.1100 0.8200 0.7900 0.6500 + 0.0400i 0.3900 + 0.0400i 1.1200 + 0.6300i 1.0800 0.9300 0.9900 0.7000 + 0.1600iD =82.0000 79.0000 65.0000 + 4.0000i93.0000 99.0000 70.0000 +16.0000i2、在编辑器里输入一下程序即可实现题目要求fun cti on y=zuoye2(x,h,D)if x>Dy=h;elseif x<-Dy=-h;elsey=h/D*x;end并保存为函数名zuoye2，那么可在命令空间里检测正确性>> y=zuoye2(8,4,6)>> y=zuoye2(4,4,6)y =2.6667>> y=zuoye2(-5,6,2)-6结果正确。
光电器件中的多场物理模拟和优化设计
光电器件中的多场物理模拟和优化设计随着科学技术的快速发展，光电科技越来越成为人们生活中不可或缺的一部分。
光电器件广泛应用于通信、能源、医疗等领域，而多场物理模拟和优化设计在光电器件方面也扮演着至关重要的角色。
本文将从多场物理仿真和优化设计两方面着手，探讨其在光电器件领域中的应用与发展。
一、多场物理仿真在光电器件中的应用光电器件需要经过多个物理场的耦合作用，才能够实现其基本功能。
在设计光电器件时，必须要考虑光的传输、电荷输运、热传输等多方面的影响因素。
然而，这些物理场之间具有高度的相互作用，不可能独立分析，需要使用多场物理仿真技术来解决这一问题。
多场物理仿真技术是指使用计算机模拟多种物理场的交互作用，并得到这种交互作用下物体的水平和垂直电场、磁场、电流、温度等各项物理量以及最终的性能。
在光电器件中，多场物理仿真技术可以帮助开发人员了解各个场之间的相互影响，找到优化和改进的方案，提高光电器件的性能。
以太阳电池为例，太阳电池的电能转化效率直接影响到其应用范围和市场前景。
然而，在太阳电池内部，存在着太阳光线的吸收、载流子的传输和收集、电子和空穴的复合等复杂的物理现象。
同时，太阳电池中的温度和外部环境的影响也是不可忽略的。
通过多场物理仿真技术，可模拟太阳电池的制作工艺、光强度、电流密度等参数的变化对发电效率的影响，快速找到优化设计，提高太阳电池的效率，减少生产成本。
二、优化设计在光电器件中的应用优化设计是指在解决问题的同时，寻找出最佳解决方案的过程。
在光电器件领域中，优化设计旨在通过计算机模拟和实验验证相结合的方法，寻找出可以提高器件性能、降低成本、简化加工工艺的方案。
以激光器为例，设计者需要关注的因素包括输出功率、波长、光束品质、稳定性等多个方面。
在传统的设计流程中，需要通过不断试错、制作样品的方式，才能找到最佳的设计方案，费时费力。
而通过优化设计，设计者可以预先使用计算机模拟的方法，先行设计出各种参数（光波长、激光反射镜组合等），然后通过仿真实验验证哪一种设计方案得出的性能最佳，快速定位最优的方案。
光电效应仿真实验
大学物理仿真实验大作业学院：材料与化学工程学院班级：精细化工11-01班学号：541104070153姓名：张同举光电效应仿真实验【实验目的】 1、通过实验深刻理解爱因斯坦的光电效应理论，了解光电效应的基本规律；2、掌握用光电管进行光电效应研究的方法；3、学习对光电管伏安特性曲线的处理方法，并用以测定普朗克常数。
【实验原理】1、光电效应与爱因斯坦方程用合适频率的光照射在某些金属表面上时，会有电子从金属表面逸出，这种现象叫做光电效应，从金属表面逸出的电子叫光电子。
为了解释光电效应现象，爱因斯坦提出了“光量子”的概念，认为对于频率为 的光波，每个光子的能量为式中， 为普朗克常数，它的公认值是 =6.626 。
按照爱因斯坦的理论，光电效应的实质是当光子和电子相碰撞时，光子把全部能量传递给电子，电子所获得的能量，一部分用来克服金属表面对它的约束，其余的能量则成为该光电子逸出金属表面后的动能。
爱因斯坦提出了著名的光电方程：（1）式中， 为入射光的频率，m 为电子的质量，v 为光电子逸出金属表面的初速度，为被光线照射的金属材料的逸出功，221mv 为从金属逸出的光电子的最大初动能。
由（1）式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能必然也越大，所以即使阴极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流，甚至阳极电位比阴极电位低时也会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值时，所有光电子都不能到达阳极，光电流才为零。
这个相对于阴极为负值的阳极电位0U 被称为光电效应的截止电压。
显然，有（2）代入（1）式，即有（3）由上式可知，若光电子能量W h <γ，则不能产生光电子。
产生光电效应的最低频率是h W=0γ，通常称为光电效应的截止频率。
不同材料有不同的逸出功，因而0γ也不同。
由于光的强弱决定于光量子的数量，所以光电流与入射光的强度成正比。
又因为一个电子只能吸收一个光子的能量，所以光电子获得的能量与光强无关，只与光子γ的频率成正比，，将（3）式改写为（4）上式表明，截止电压0U 是入射光频率γ的线性函数，如图2，当入射光的频率0γγ=时，截止电压00=U ，没有光电子逸出。
光照仿真设计实验报告
一、实验目的1. 了解光照仿真设计的基本原理和方法。
2. 掌握使用计算机软件进行光照仿真设计的基本操作。
3. 通过仿真实验，验证光照设计方案的可行性和合理性。
二、实验原理光照仿真设计是利用计算机软件对实际光照环境进行模拟，通过调整光源、材质、几何形状等参数，分析光照效果，为实际设计提供依据。
实验中主要采用的光照仿真软件为SketchUp结合V-Ray渲染器。
三、实验材料与设备1. 软件环境：SketchUp（版本：2017）、V-Ray for SketchUp（版本：3.0）2. 硬件环境：个人电脑（CPU：i5，内存：8GB，显卡：NVIDIA GeForce GTX 1060）3. 光照设计模型：建筑模型（如：住宅、商场等）四、实验步骤1. 创建建筑模型：使用SketchUp软件创建所需仿真的建筑模型。
2. 设置场景参数：在V-Ray for SketchUp中设置场景参数，包括相机、灯光、材质等。
3. 设置灯光参数：根据建筑模型特点，设置合适的灯光类型、位置、强度等参数。
4. 设置材质参数：为建筑模型添加材质，包括颜色、纹理、反射率等参数。
5. 渲染场景：在V-Ray for SketchUp中渲染场景，观察光照效果。
6. 分析结果：根据渲染效果，分析光照方案的合理性，对灯光、材质等参数进行调整。
7. 重复步骤5-6，直至满足设计要求。
五、实验结果与分析1. 实验结果：通过仿真实验，得到不同光照方案下的建筑模型渲染效果。
2. 分析结果：（1）光照均匀性：观察渲染效果，分析光照在建筑模型上的分布情况，确保光照均匀。
（2）光照效果：根据实际需求，分析不同光照方案下的建筑模型效果，如室内照明、室外照明等。
（3）节能性：通过调整灯光参数，分析不同方案下的能耗，选择节能性较好的方案。
（4）视觉效果：分析渲染效果，评估建筑模型的视觉效果，确保满足设计要求。
六、实验结论1. 通过本次实验，掌握了使用SketchUp和V-Ray for SketchUp进行光照仿真设计的基本操作。
光电成像理论分析-模拟仿真
3.1.2 图案的运动速度与空间频率
（1）图案的运动速度 动态目标生成系统大屏幕是由大量排列整齐、间距相等的发光二极管 组成的，矩形光栅图案是计算机系统控制这些二极管的亮暗生成的，故如 果我们按一定规律有序地控制二极管的变化，即可在视觉上看到矩形光栅 图案在运动。设一列二极管从亮到暗的变化时间为t（亦即二极管阵列的刷 新时间，单位取为ms），该列二极管从左到右通过动态目标生成系统大屏 幕整体的总时间为T ，则有
目标运动 控制软件
扫描延 时电路
I B M P C 机
接 口 电 路
存 储 器 127
锁 存 器 127
列 驱 动 127
8×8 电阻 阵列 127
行 驱 动 127
512×16厚膜电阻元阵列工作原理框图
工作原理：
除 8×8局域扫描处理方式外，其他同于发光二极管阵列。这里不再赘 述。
技术特点：
温度在20～120℃ 范围内可调，可满足8m～14m的红外动目标模拟仿
光 电 成 像 系 统 模 拟 仿 真 技 术
概
述
仿真技术是利用实际的物理装臵结合实际的或模拟的环境和条件，或 用数学模型结合模拟的环境和条件再现某些物理现象或物理过程的技术， 利用这种技术可以在实验室分析评价处于研制阶段的装臵或系统，或者研 究、分析某些物理现象或物理过程的成因、影响因素以及改善和提高这种 物理现象或物理过程的有效方法和技术途径，力求在实际系统建成之前取 得尽可能接近于理想的结果。采用仿真技术不但可以使我们在各项科学研 究工作中节省大量的人力、物力和财力，缩短系统的研制周期，还可以最 大限度地提高所研制的装臵和系统的性能。 军事需要历来都是科学技术发展的一个重要推动力，仿真技术也是如 此。在现代军用光电系统的研制中，模拟仿真技术是一项必不可缺的重要 手段。一些技术发达国家早在20世纪70年代就在军用光电系统的研制中广 泛采用模拟仿真技术，取得了令人瞩目的成就，使他们的军用光电系统整 体性能水平远远走在世界的前列。我国在光电系统模拟仿真方面的研究工 作已经起步，尤其是在航天、航空部门已先后取得了较大发展，但作为光 电成像系统的模拟仿真研究工作整体上可以说还是刚刚开始。
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光电系统模拟与仿真设计报告
姓名:
学号:
专业:
光电技术学院
实验一Zemax仿真设计
实验目的
1．熟悉Zemax实验环境，练习使用元件库中的常用元件组建光学系统。
2．利用Zeamx的优化功能设计光学系统并使其系统的各项性能参数达到最优。
实验内容（1、2中任选一个，3必做）
1、显微物镜系统设计
在图1 显示一个10X 显微物镜。
其包含二组远距的胶合双重透镜（Lister型式）。
NA：0.25；EFL=0.591。
表1 提供了这个设计的数据。
第一镜面到像距为0.999。
第一镜面到物距为6.076。
最后一面供作保护面之用。
畸变=0.26﹪。
图1 10倍显微物镜系统
表1 10倍显微物镜参数
要求：（1）运用zemax软件仿真实现该系统，并进行像质评价和分析，给出多个波长和多个视场的像质评价和分析。
（2）改变某一Lens Data，观察像质评价和分析，然后设置该Lens Data为变量并进行优化，再观察像质评价和分析，最后比较优化前后结果，在此基础上多选几个变量
进行优化看能否得到更好的像质。
（3）在原有系统基础上再加一个单透镜或双透镜，选取一定的参数进行优化，看能否得到更好像质的系统。
（4）改变系统波长，观察像质评价和分析，重复完成（3），比较优化前后像质情况。
2、望远镜头系统设计
在图2 是一个望远镜头具有20°视场以及EFL=5 。
这个镜组的资料给定在表2。
图2 望远镜头系统
表2 望远镜头系统参数
要求：（1）运用zemax软件仿真实现该系统，并进行像质评价和分析，给出多个波长和多个视场的像质评价和分析。
（2）改变某一Lens Data，观察像质评价和分析，然后设置该Lens Data为变量并进行优化，再观察像质评价和分析，最后比较优化前后结果，在此基础上多选几个变量进行优化看能否得到更好的像质。
（3）在原有系统基础上再加一个单透镜或双透镜，选取一定的参数进行优化，看能否得到更好像质的系统。
（4）改变系统波长，观察像质评价和分析，重复完成（3），比较优化前后像质情况。
3、广告投影机物镜设计
（1）相关规格：
光学总长：162mm（第一片玻璃到像面的距离）；
后工作距：107.6mm；焦距：118mm
视场：36.5*36.5m（在50m 远时）；畸变：<2%；
前端镜片口径：46mm；后端镜片口径：64mm
镜片数：5PCS
（2）结构尺寸图
要求：（1）运用zemax软件设计出该系统，最后给出各镜头数据、系统2D图，以及系统像质评价和分析。
（2）在此基础上增加1-2片透镜并进行优化，看能否改善系统成像质量。
实验二Optisystem仿真设计
实验目的
1．熟悉Optisystem实验环境，练习使用元件库中的常用元件组建光纤通信系统。
2．利用Optisystem的优化功能仿真计算光纤通信系统的各项性能参数，并进行分析。
实验内容
1、OptiSystem用于WDM设计
根据下图，运用OptiSystem练习设计WDM通信系统，并得出WDM分析结果，在此基础上练习使用该软件的优化功能，如何实现系统优化，同时选取一定的参数进行
掺铒光纤
优化，最后给出最优条件和系统达到的最优结果。
2、OptiSystem 用于EDFA 设计
根据下图，运用OptiSystem 练习设计EDFA 通信系统，并得出EDFA 产生的增益，如采用双泵浦，其增益又如何，在此基础上练习使用该软件的优化功能，如何实现系统优化，同时选取一定的参数如EDFA 长度、铒离子浓度、掺杂半径、纤芯半径等参数进行优化，最后给出最优条件和系统达到的最大增益。
3、光纤通信系统设计
选择NRZ 、RZ 调制格式，直接调制或者外调制，APD 管或者PIN 管，low pass rectangular filter 或者 low pass gauss filter ，等设计一个光纤通信系统。
同时为了实时地观察系统的运行状态，必须在系统外围增加监测及显示装置，将系统运行结果显示出来，便于观察和分析。
因此，需要在系统中加入Eye Diagram Analyzer 、BER Analyzer 、Optical Time Domain Visualizer 、Optical Power Meter 、Optical Spectrum Analyzer 、Oscilloscope Visualizer 。
通过这些监测及显示器件，可以较为直观地观察到入纤光功率、调制前后的光信号频谱与时域波形、解调后的信号波形、信号眼图及误码率等系统的运行状态和运行结果，最后根据运行结果优化该系统。
实验三Lascad仿真设计
实验目的
1．熟悉LASCAD实验环境，练习使用软件组建激光谐振腔光学系统。
2．利用LASCAD设计激光谐振腔光学系统并仿真计算该系统的各种特性。
实验内容
1、熟悉LASCAD软件，利用该软件计算若干腔型。
2、自己任选一模型（侧面泵浦圆棒、端面泵浦板条），计算给定谐振腔稳定性、热分析、输出特性、不同位置的光斑，改变其中某个元器件的参数，如位置、曲率半径等，计算参数变换对谐振腔稳定性等特性的影响。