[发明专利]高功率光电导开关脉冲发生器

说明书

本发明属于脉冲发生器，是关于利用砷化镓光电导等材料在高电场下受一定波长和能量的短脉冲激光激励后出现锁定效应的脉冲发生器。

在IEEE Transactions on Electron Devices，Vol.38 No.4.P696 1991年4月F.J.Zutavern等公开了一种利用砷化镓光电导开关锁定效应的高功率脉冲发生器，其原理如图1，图中1是充电电容，充电电压设为V₁，2和3都是砷化镓光电导开关，简称开关，4是一段长为L₁的开路传输线，特征阻抗Z₁，线中行波传输速度为V_P1，作为开关2的复合控制器，5是负载，阻抗为R_L。

开关2处于高电场中，当它被一短脉冲激光（1.064μm）触发时，开关2两端电压降为锁定电压V_L0，同时复合控制器4被 (Z1(V₁-V_LO))/(Z_L+R₁) 幅度电压充电，负载5上获得V_L＝ (R₂(V₁-V_LO))/(R_L+Z₁) 的电压。经过复合控制器4中两倍的行波传输时间2L₁/V_P1，充电脉冲以 (R1(V₁-V_LO))/(R1+ZL) 幅度反射回输入端，并在输入端与充电脉冲叠加，产生 (2Z1(V₁-V_LO))/(Z1+RL) 幅度电压。因为V₁满足式子：V₁＝ ((2Z₁+R_L)(V₁-V_LO))/(Z₁+R_L) ，此时V₁＝（ (R_L)/(Z₁) +2）V_L0，因而开关2被光脉冲触发后经 (2L₁)/(V_Pl) 时间，开关2两端电位相等，电压降为0，开关2在瞬间进入零电场，其中载流子迅速开始复合，并很快从锁定状态恢复至高阻常态。然后，开关3被延迟后光脉冲触发并产生锁定效应，此时复合控制器4中的充电脉冲电压经开关3回路放电给负载5，并在负载5上产生反极性脉冲。放电完毕后开关3恢复至常态。此时整个系统完成一个周期，并等待下一光脉冲的触发。

该系统存在以下问题：

①系统效率低。在该系统中，电容充电电压V₁通过砷化镓开关2复合控制器4和负载5分压。该系统开关工作效率应为：η＝ (V_L)/(V₁) ×100%，即：η＝ (R₁(V₁-V_LO))/((R₁+Z_L)V₁) ×100%。已有技术中，R_L＝Z₁＝50Ω，即：η＝ (V₁-V_LO)/(2V) ×100%，显然η＜50%。

②输出脉冲波形差。在复合控制器4作用下，开关以毫微秒量级的时间复合，负载5上脉冲电压随之在毫微秒量级时间内归零。由于开关3的工作，负载5上产生反极性高幅度放电脉冲，更加降低了获得脉冲的后沿质量。因而在该系统中无法产生具有皮秒高速后沿的而脉冲宽度在数百皮秒至数纳秒的方波高压脉冲。

③双开关工作不仅需要两个光脉冲，而且需要激励两开关的光脉冲之间的同步延迟控制系统，系统复杂。该系统中，若两个开关同时被光打开，将导致电容1通过开关2、3强电流放电，烧坏光开关。

本发明的目的是提供一种高功率光电导开关脉冲发生器，能产生100皮秒的前沿和后沿的方波脉冲，它具有工作效率高，要求激光能量低，运行安全可靠且结构简单的特点。