一种用于电光开关的高速、高压电脉冲的产生

介绍了一种用于电光开关驱动源的高压超快电脉冲产生技术;电路采用级联的雪崩晶体管串和微波传输线结构,输出阻抗50Ω;在50Ω负载情况下,获得脉冲下降时间为1ns、幅度达到5kV、峰值电压为6.4 kV、幅度和半宽度稳定性优于2％、触发晃动为±15ps、触发延时为30 ns,脉冲峰值电流为128 A的高压高速大电流脉冲.     

高功率窄脉宽半导体激光激励器设计

为了获得高功率窄脉宽半导体激光,设计了半导体激光器相应的激励单元,论述MOSFET作为高速开关的工作机理,分析基于MOSFET作为高速开关产生窄的大电流脉冲的电路模型.为了使MOSFET开关速度尽可能快,根据前述分析,提出推挽式MOSFET栅极驱动方式并设计了触发窄脉冲的发生电路.当激光二极管接入放电回路时,实验表明:激光二极管输出光的峰值功率可达67.5 W,脉宽约为20 ns.最后,简要分析了影响光脉冲宽度的因素.     

基于脉冲变压器的快前沿固态触发器

结合理论求解、仿真分析与实验验证,确定了影响脉冲变压器型触发器输出前沿的主要因素,并研制了一台能可靠触发真空沿面闪络开关导通的快前沿固态触发器。研究结果表明：影响触发器输出脉冲前沿的关键因素为脉冲变压器漏感、匝数比和半导体开关开通速度;不同绕制方式的脉冲变压器漏感差异很大,最小漏感绕法的变压器漏感值低1个数量级;选用开通速度优于15 ns的碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管（SiC MOSFET）、绕制低漏感（小于0.5μH）的脉冲变压器,实现了前沿为20.4 ns(10%～90%)、幅值为16.5 kV的快前沿输出;控制SiC MOSFET的驱动脉宽在35～55 ns变化可以控制触发电流峰值在35～55 A范围内变化。     

基于MOSFET的高重复频率高压脉冲源设计

设计了一种基于功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的高压脉冲电源。该发生器采用多只MOSFET的串联技术,形成高压、高重复频率开关组件。用高压开关组件开展脉冲发生器设计,搭建了一个15只1 kV的高速MOSFET串联的脉冲发生器实验装置,在500 Ω负载上获得前沿小于5 ns、幅度大于10 kV、脉宽约100 ns,瞬态频率达400 kHz的高压脉冲。设计的高压开关组件结构紧凑,可靠性高,可应用于多种脉冲发生器。     

快脉冲直线变压器驱动源模块的原理及实验

 介绍了直线型变压器驱动源（LTD）产生快脉冲的基本原理及技术优势，阐述了快脉冲LTD模块设计的要点，设计了输出脉冲上升时间小于100 ns的快脉冲LTD模块，并进行了初步的实验研究。实验得到该LTD模块充电±16 kV时，短路放电的电流峰值为23.7 kA，电流振荡1/4周期为69.6 ns；充电±50 kV驱动0.85 Ω负载时，电流峰值为41.4 kA，上升时间为36.8 ns（10%~90%）和60.8 ns（0~100%）。     

亚ns激光脉冲电取样方法

 针对亚ns激光脉冲,提出一种基于ps脉冲传输线和高速电子电路的电快脉冲取样方法,设计了选通脉冲产生电路和高速取样保持电路,给出一种提高实时采样速率的交叉采样方法,该方法由并联结构的多组取样门阵列实现。可应用于多路激光脉冲的精密测量。     

亚RS激光脉冲电取样方法

针对亚ns激光脉冲,提出一种基于ps脉冲传输线和高速电子电路的电快脉冲取样方法,设计了选通脉冲产生电路和高速取样保持电路,给出一种提高实时采样速率的交叉采样方法,该方法由并联结构的多组取样门阵列实现。可应用于多路激光脉冲的精密测量。     

MHz 高压脉冲电源设计

设计了一款基于金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关的高压高频脉冲发生器,采用多个以光纤信号隔离触发的串联MOSFET作为高压开关,并由FPGA提供控制信号。该发生器由相同的MOSFET管部分组成,并联并按顺序触发,与参考信号同步。所述电路和工作模式克服了MOSFET管发生器的功耗限制,使脉冲重复率显著提高。详细介绍了该MHz高压脉冲发生器的工作原理和制作过程,然后进行了初步试验,验证了该发生器的性能。该电路在1 MHz的高重复率下,输出上升时间为十几ns、脉宽为百ns、电压幅值大于1 kV的平顶脉冲。     

基于PFN-Marx技术的紧凑型重频脉冲功率源

针对低磁场相对论磁控管高功率微波器件实验驱动需求,对基于脉冲形成网络（PFN）储能的高功率脉冲产生技术进行了研究。为了使其结构紧凑且具有较好的输出脉冲波形,设计了半环形PFN脉冲形成单元,两个半环形带状PFN与一体化开关、绝缘盘组成圆环形高压脉冲产生模块。PFN脉冲形成单元由13个陶瓷电容与半环形金属电极板构成,多个高压脉冲产生模块同轴层叠,所有开关导通后各模块PFN串联放电,产生快前沿高功率方波脉冲,再通过对触发开关和充电电源的同步控制实现重频工作。采用电磁仿真软件对PFN物理结构进行优化设计,研制的高压脉冲产生模块充电51 kV在负载8.5?上输出电压峰值49.6 kV、脉冲半高宽108 ns、脉冲前沿14 ns、平顶（90%～90%） 74 ns,具有较好的方波特性;11个高压脉冲产生模块层叠集成为1个22级紧凑PFN-Marx装置,在充电51 kV的条件下,84?负载上获得峰值516 kV的高电压脉冲输出,半高宽104 ns、平顶63 ns、脉冲前沿11 ns,实现了20 Hz连续15 s重频稳定工作,输出波形完全一致。     

基于MOSFET的6×10单元快速固态调制器

 利用快速高重复频率的脉冲凸轨技术可以实现合肥光源的光脉冲间隔的可调。为了获得这一快速高重复频率的强流短脉冲,采取基于MOSFET的固态调制器技术。设计出了一套10路MOSFET开关并联、6级感应叠加的实验样机结构,包括快速时钟信号产生、功率驱动电路设计、感应叠加式阵列结构。样机获得了底宽为100 ns、重复频率20 kHz、峰值电流60 A、峰值电压2 kV的功率脉冲。     

随机脉冲序列的ns级时间检测及峰值检测

 利用1 GHz超高速A/D转换单元和现场可编程逻辑门阵列高速处理单元,实现了一种对快反应随机事件转换得到的快逻辑窄脉冲序列进行在线检测的系统。设计了PeakTDC滞回峰值检测算法以求取脉冲的峰值位置,并以峰值位置标定序列中的脉冲时间,进而形成脉冲序列的时间编码及峰值幅度。用实际生成的脉冲序列对系统进行了验证测试,脉冲检测的时间间隔误差为1 ns,峰值幅度误差为2个量化单位,脉冲对的分辨时间为10 ns。算法理论和实验结果表明,系统可以获得在有限长时间仓轴上的随机脉冲序列的ns级时间数字转换,同时可以获得脉冲的峰值。     

一种小型化双指数脉冲源的设计

针对采用注入法进行电磁脉冲效应实验对高性能小型化电磁脉冲源的需求,设计了一种基于雪崩三极管开关的MARX结构的紧凑型脉冲发生电路。分析了雪崩管开关和脉冲发生电路的工作原理,给出了触发电路与主电路设计方法以及元件参数选取方法,并设计了十级单极性和双极性的脉冲发生电路,能产生前沿为ns级、峰值上kV的快沿双指数脉冲,并具有较高的稳定度以及高重复频率。     

啁啾脉冲堆积用于光脉冲整形

报道了一种利用100 ps啁啾脉冲堆积产生2．2 ns任意整形脉冲的脉冲整形系统。采用掺Yb~(3 )光纤锁模振荡器得到稳定的锁模光脉冲序列,将该锁模脉冲通过啁啾光纤光栅展宽并通过1 nm带宽的高斯形光谱滤波器滤波,得到标准的100 ps高斯形啁啾脉冲序列,将此脉冲选单经过光纤延迟线组成的32路脉冲堆积器,得到了精度为32 bit的重复频率为1 Hz的2．2 ns任意整形光脉冲。研究了堆积脉冲的特性,分析了宽带啁啾堆积整形脉冲的光谱时间扫描特性对激光驱动惯性约束聚变打靶束匀滑的优化作用。实验测得了该系统输出的2．2 ns整形光脉冲具有小于50 ps的上升沿,与100 ps啁啾脉冲的时间抖动小于4 ps。     

4路GW级纳秒脉冲源同步技术实验研究

 利用峰值功率可达1 GW的纳秒脉冲源CKP1000开展了4路GW级纳秒脉冲源同步技术实验研究。使用trigatron作为触发开关,通过单路开关触发特性实验研究优化了开关的结构与工作参数,单路开关抖动0.2 ns,建立了实验装置,实现了4路GW级纳秒脉冲源并联同步输出。同步实验结果为: 纳秒脉冲源输出电压230 kV,峰值功率1 GW,脉冲宽度6 ns,4路输出脉冲同步偏差95%以上概率分布在1 ns以内,平均同步偏差630 ps。     

高功率多脉冲调制器研究

 研制了能产生多脉冲的高功率脉冲调制器，该调制器由初级储能系统、带绕式变压器、水介质Blumlein线和场发射二极管组成。在场发射二极管上获得3个峰值功率大于20 GW，半高脉宽约60 ns，脉冲间隔约15 ms，电压约400 kV的高功率电脉冲。理论计算、模拟计算与实验结果基本一致。分析表明主开关恢复时间是影响调制器输出脉冲时间间隔的主要因素。     

Dye laser multipass amplifier system

A system is described for producing high power, narrow bandwidth pulses by injecting electro-optically a dye laser pulse to a multipass flashlamp pumped amplifier cavity. Pulses of 280 MHz bandwidth have been generated with peak powers of 100 kW at 5 Hz repetition rate. A simple modification allows 300 ns long pulse trains to be obtained with pulse separations determined by the round trip time of the cavity.     

全固态高重频高压脉冲电源

设计了一款全固态高重频高压脉冲电源,主电路采用以IGBT为主开关的半桥式固态Marx电路,驱动电路采用磁芯隔离带负压偏置的同步驱动方案,并由FPGA提供充放电控制信号和故障诊断、保护。该方案既可实现对多级电容的低阻抗的快速并联充电控制,又可实现截尾功能以加快脉冲后沿获得方波脉冲,且可实现百μs以上的宽脉冲输出,可用来产生高压脉冲电场。此外,该电源还可在突发模式下输出脉冲个数和频率均可调的多个高频脉冲系列。实验表明,该输出电压幅值可高达40 kV,输出峰值电流可达100 A,重频可达30 kHz,上升沿和下降沿均低于100 ns,突发模式下重频可高达200 kHz。所设计的脉冲电源输出参数连续可调,且体积小巧。     

1kHz窄脉宽高峰值功率MgO∶LN电光腔倒空Nd∶YAG激光器

报道了一种1kHz窄脉冲宽度、高峰值功率的电光腔倒空1 064nm全固态激光器.该激光器采用808nm脉冲LD侧面泵浦Nd:YAG晶体棒的双凹型折叠谐振腔结构和同步延迟MgO∶LN晶体横向加压式电光腔倒空技术,通过优化设计谐振腔结构,在脉冲重复频率200Hz时,获得了最大单脉冲能量46.7mJ、脉冲宽度4.06ns、峰值功率11.50MW的1 064nm脉冲激光稳定输出,脉冲宽度和能量的峰峰值不稳定度分别为±1.52%和±2.02%;在1kHz时,最大单脉冲能量达到18.3mJ,脉冲宽度5.02ns,峰值功率3.69MW,脉冲宽度和能量的峰峰值不稳定度分别为±2.75%和±3.52%,激光束因子为3.849和3.868,远场发散角为3.46mrad和3.55mrad,束腰直径为1 508.84μm和1 477.30μm.     

A novel confocal optical pulse stretcher for laser pulses

We present an analytical and experimental study of a novel confocal optical pulse stretcher (COPS). The simple and passive pulse stretcher consists of two concave mirrors and a scraper beam-splitter and its optical configuration ensures a perfect spatial overlapping of laser pulses at the beam-splitter. The pulse stretcher is compact and suitable for laser pulses of large divergences. The confocal optical pulse stretcher is demonstrated on a pulsed copper vapour laser to convert a 40 ns (1/e² % points) pulse into a 55 ns with reduction of peak power by a factor of 1.375 without loss of pulse energy.     

High-energy single pulse and multi-spike operation with a passive polymer Q-switch

Stable highly efficient polymer passive switch based on a polyurethane composite and organic dye BDN were developed for the neodymium lasers. The maximum energy of 0.98 J was obtained for a single pulse at passive Q-switching of these lasers. Repetition of single pulses at 50 Hz was possible. Repetitively pulsed operation with a peak output power up to 2 MW and an energy of train of nanosecond pulses 14.1 J were achieved in an yttrium aluminate laser for the first time. Variation of the initial switch transmittance made it possible to vary the pulse (spike) duration in the range 28–90 ns. The maximum pulse repetition rate in a train was 350 kHz when the Q-switching efficiency was 98%. The damage threshold of the investigated polymer matrix was achieved 14 and 18 J/cm² for single pulse duration (15 and 35 ns correspondingly) and 52 J/cm² in multi-spike generation regime (duration 80 ns).