基于半導體激光器的光導開關(guān)驅(qū)動技術(shù)研究.pdf

1、光導開關(guān)(Photoconductive Semiconductor Switches-PCSS)是利用脈沖激光激勵光導半導體實現(xiàn)阻抗狀態(tài)轉(zhuǎn)換的一種新型固體開關(guān)。由于光導開關(guān)具有導通速度快、同步精度高、觸發(fā)抖動小等優(yōu)點，它在醫(yī)用介質(zhì)壁加速器、高功率微波、超短超快電脈沖、閃光照相等眾多領(lǐng)域有著良好的應用前景。本論文對基于半導體激光器的光導開關(guān)驅(qū)動技術(shù)進行了研究，初步掌握了這種結(jié)構(gòu)更緊湊、成本更低、使用更方便的光導開關(guān)驅(qū)動技術(shù)。
　　

2、論文首先利用MOSFET晶體管設計了半導體激光器驅(qū)動電路，利用Pspice軟件對驅(qū)動電路進行了模擬，對重要參數(shù)進行了掃描分析。在此基礎上，對電路設計參數(shù)進行了優(yōu)化，研制成功了用于驅(qū)動半導體激光器的快上升沿脈沖電源。輸出的電流脈沖前沿達到1.21ns，峰值電流44A，且電流脈沖各個參數(shù)可以調(diào)節(jié)。
　　對半導體激光器的輸出特性進行了研究。半導體激光器輸出的脈沖激光前沿3.1ns，峰值功率75W，且脈沖激光前沿越快、峰值功率越大，開關(guān)導

3、通速率也越快。單路脈沖激光抖動約0.2ns，兩路脈沖激光之間的抖動約0.3ns～0.4ns，脈沖激光的抖動越大，光導開關(guān)的抖動也越大。激光脈沖束截面強度分布不均勻，橫向發(fā)散角較大，縱向發(fā)散角較小，使半導體激光器與光導開關(guān)的相對位置會影響光斑形狀，進而影響開關(guān)的導通性能。激光脈沖不能完全為光導開關(guān)所吸收，不同尺寸的開關(guān)對激光能量的利用率也不同。
　　在脈沖形成線實驗中，對基于半導體激光器的光導開關(guān)的導通性能進行了研究。實驗表明，激光

4、照射的位置會很大程度上影響開關(guān)的導通性能，在半導體激光器處于距離光導開關(guān)約3mm、稍微靠近陽極的位置時，光導開關(guān)具有最好的導通性能。實驗中所用的5mm異面電極GaAs光導開關(guān)較為合適的工作電壓為16kV～18kV，開關(guān)抖動可達到約0.3ns，平均使用壽命為100多次。光導開關(guān)的抖動、導通電阻等性能隨著偏置電壓的升高、驅(qū)動光能的增加而逐漸變好，但高的偏置電壓會縮短光導開關(guān)的使用壽命。
　　將基于半導體激光器的光導開關(guān)驅(qū)動技術(shù)應用到B