瞬態(tài)高功率電磁脈沖源研究.pdf

1、近幾十年來，作為一門新興學(xué)科，由光子學(xué)與電子學(xué)相結(jié)合而產(chǎn)生的光電子學(xué)科有著巨大的發(fā)展。特別是超短激光脈沖技術(shù)與超快響應(yīng)光電半導(dǎo)體材料技術(shù)的進(jìn)步，使得大功率瞬態(tài)電磁脈沖發(fā)生系統(tǒng)及其開關(guān)技術(shù)獲得空前的發(fā)展。產(chǎn)生超寬帶電磁脈沖的關(guān)鍵是高壓開關(guān)技術(shù)。半導(dǎo)體光電導(dǎo)開關(guān)是利用超快脈沖激光器與光電導(dǎo)體相結(jié)合形成的一類新型器件，與傳統(tǒng)的氣體或液體開關(guān)相比，光導(dǎo)固體開關(guān)(photoconductive semiconductor switches，簡稱P

2、CSS)，具有觸發(fā)無抖動、寄生電抗小、上升時間快、關(guān)斷時間短、重復(fù)頻率高等優(yōu)良特性。在Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體(如GaAs等)中發(fā)現(xiàn)：除了可以按易于理解的每吸收一個確定能量的光子產(chǎn)生一個電子空穴對的線性模式工作以外，還存在一種高增益的非線性工作模式，這種模式可使光導(dǎo)開關(guān)導(dǎo)通的光能比常規(guī)模式降低3-5個數(shù)量級，從而為光導(dǎo)開關(guān)的小型化，實用化，集成化提供了現(xiàn)實的可能性，因而倍受人們的關(guān)注。因此它將在超寬帶脈沖產(chǎn)生領(lǐng)域有著極其廣闊的應(yīng)用前景。

3、超寬帶源和天線在瞬態(tài)雷達(dá)和通信系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。目前，超寬帶電磁脈沖的產(chǎn)生是一個極具挑戰(zhàn)性的工作，用光導(dǎo)開關(guān)可以產(chǎn)生100ps上升沿，電壓幅度超過10kV，脈沖寬度可從130ps到幾個ns的脈沖。瞬態(tài)電磁脈沖的研究是當(dāng)前電磁學(xué)的前沿課題之一，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，如超寬頻帶雷達(dá)、超寬保密通信和高能微波等。本文對瞬態(tài)陣列電磁脈沖的高效傳輸特性進(jìn)行了詳盡分析，并給出詳細(xì)的實驗結(jié)果。 本文在理論方面主要研究了光導(dǎo)開關(guān)的線性物理機(jī)

4、制，通過微觀統(tǒng)計計算了光導(dǎo)開關(guān)材料的宏觀電參數(shù)，即通過計算GaAs內(nèi)部的各種散射機(jī)制，如雜質(zhì)電離散射，形變勢散射，壓電散射等等，得出該材料在不同載流子濃度下的遷移率和電導(dǎo)率，為建立光導(dǎo)開關(guān)在各種工作模式下的瞬態(tài)響應(yīng)模型，模擬光導(dǎo)開關(guān)的輸出電脈沖特性曲線打下基礎(chǔ)。 在實驗方面，本文主要研究了微帶型線性光導(dǎo)開關(guān)的電壓轉(zhuǎn)換效率、光導(dǎo)開關(guān)的飽和光能、以及無光激勵的情況下，光導(dǎo)開關(guān)暗態(tài)電阻與偏置電壓的關(guān)系，非線性光導(dǎo)開關(guān)的閾值條件和光導(dǎo)開