对称半导体光放大器马赫曾德尔干涉仪解复用器的开关特性分析

分析了以半导体光放大器 (SOA)为基础的对称马赫 -曾德尔干涉仪 (MZI)解复用器在控制脉冲和信号脉冲反向传播 (CPMZ)与同向传播 (TPMZ)两种工作模式下的开关特性。研究表明 :控制脉冲宽度、半导体光放大器的长度和非线性增益压缩影响着控制脉冲和信号脉冲反向传播开关窗口的大小 ,是限制控制脉冲和信号脉冲反向传播高速工作的主要因素。当控制脉冲宽度小于半导体光放大器的渡越时间时 ,如时延量小于于两倍的半导体光放大器渡越时间 ,控制脉冲和信号脉冲反向传播的峰值开关比开始恶化 ;当控制脉冲宽度超过半导体光放大器的渡越时间时 ,即使时延量大于两倍的半导体光放大器渡越时间 ,峰值开关比也出现恶化。因此当控制脉冲和信号脉冲反向传播高速工作时 ,控制脉冲应尽可能窄 ,且时延量必须大于两倍的半导体光放大器渡越时间以确保有较高的峰值开关比。而半导体光放大器长度效应对控制脉冲和信号脉冲同向传播的影响甚微     

对称半导体光放大器马赫—曾德尔干涉仪解复用器的开关特性分析

分析以以半导体光放大器（SOA）为基础的对称马赫－曾德尔干涉仪（MZI）解复用器在控制脉冲和信号脉冲反向传播（CPMZ）与同向传播（TPMZ）两种工作模式下的开关特性。研究表明：控制脉冲宽度、半导体光放大器的长度和非线性增益压缩影响着控制脉冲和信号脉冲反向传播开关窗口的大小，是限制控制脉冲和信号脉冲反向传播高速工作的主要因素。当控制脉冲宽度小于半导体光放大器的渡越时间时，如时延量小于于两位的半导体光放大器渡越时间，控制脉冲和信号脉冲以向传播的峰值开关比开始恶化；当控制脉冲宽度超过半导体光放大器的渡越时间时，即使时延量大于两倍的半导体光放大器滤越时间，峰值开关比也出现恶化。因此当控制脉冲和信号脉冲反向传播高速工作时，控制脉冲应尽可能窄，且时延量必须大于两倍的半导体光放大器渡越时间以确保有较高的峰值开关比，而半导体光放大器长度效应对控制脉冲和信号脉冲同向传播的影响甚微。     

RSD固态脉冲电源中的罗氏线圈电流检测技术

 介绍了基于高速大功率反向开关晶体管(RSD)的磁压缩固态脉冲电源试验平台,就RSD状态电流及磁压缩脉冲电流的波形特征对检测环节高需求的问题,研究了罗氏(Rogowski)线圈传感头的频率特性,在对比已有传感头信号处理方法的基础上,给出了一种新型结构的自积分与外积分复合式罗氏线圈的设计过程和参数选取方法,在保证传感器具有1 mV/A灵敏度的前提下,将传感器的工作频带从低频拓宽到线圈的自然角频率。给出了二级磁压缩网络放电的负载电流实验波形及RSD开关的触发、导通电流波形,验证了该罗氏线圈传感器能够满足本固态脉冲电源中的RSD开关状态电流高精度检测和负载电流的高频检测要求。     

多通道自击穿水开关测试方法研究

 在西北核技术研究所的“闪光-Ⅱ”装置上进行了水介质多针自击穿开关实验研究,该开关由2个或4个开关间隙、1个预脉冲屏蔽板及其支撑结构组成。给出了实验研究所使用的测试方法及波形分析方法(两个判据)。开关输入预脉冲较大时,可以认为开关输出波形的预脉冲作用时间就是开关的击穿延迟时间,故可以利用波形的预脉冲确定开关的自击穿延迟时间和开关间隙的击穿分散性以及间隙之间的击穿同步分散性;在实验测试分析过程中,可以利用间隙自击穿放电电流的dI/dt信号判断开关间隙的自击穿状态。分析表明,这两个判据可有效地确定开关的特性参数和击穿状态。     

电除尘器的脉冲电源研究北大核心CSCD

为解决电除尘器脉冲电源存在的负载上脉冲拖尾、电容剩余电压积累、负载上电压振荡问题,在充电二极管两端反向并联了一个辅助开关。详细分析了电路的工作原理,给出了选取影响负载上脉冲波形的关键元器件参数的理论依据,仿真分析和低压试验验证了解决方案的正确性。脉冲电源的改进,有利于进一步提高除尘效率和能量利用率。     

20 kV/20 kHz/100 A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)为开关的高压脉冲电源。采用自匹配传输线结构线路形式,串联多个以光纤信号隔离触发的MOSFET作为高耐压开关,在传输线的外皮产生2个纳秒脉冲,再用传输线变压器对2个纳秒脉冲进行功率合成,在200 Ω负载上输出了幅度20 kV,重复频率20 kHz,脉冲宽度约40 ns的脉冲。分析脉冲源装置结构,对实验装置建立仿真模型,阐述了输出波形畸变的原因,给出了影响输出脉冲波形特性的因素,为下一步优化波形工作提供了理论参考。     

光时分复用(OTDM)系统中基于电吸收调制器(EAM)的短脉冲光源及解复用器的设计考虑

研究了电吸收调制器（ＥＡＭ） 的衰减随外加反向电压增加而指数增加的情形下,短脉冲光源的脉冲输出和解复用器的开关窗口对ＥＡＭ 的消光效率、反向ＤＣ 偏置电压以及正弦ＲＦ 驱动信号的幅度等参量的依赖关系－ 在基于ＥＡＭ 的短脉冲光源中,输出脉冲的消光比等于ＥＡＭ 消光效率η与正弦驱动电压峰峰值Ｖｐｐ 的乘积,输出光脉冲的消光比和脉宽均与ＥＡＭ 的反向偏置电压无关,但输出脉冲的峰值功率与η、Ｖｐｐ 和Ｖｂ 都有关系－ 在基于ＥＡＭ的解复用器中,为了使解复用器的开关窗口近似为矩形,可利用ＥＡＭ 的削波效应,使Ｖｐｐ／２＞ Ｖｂ－ 在ＥＡＭ 的消光效率η已知时,通过仔细设计反向ＤＣ 偏置电压Ｖｂ 和正弦驱动电压的峰峰值Ｖｐｐ ,达到ＯＴＤＭ 解复用器所需要的开关窗口形状、宽度和消光比－     

激光触发开关的电参数测量

 为进行PTS装置单路样机激光触发开关的调试,设计安装了相应的电压电流探头。通过对比分析了探头测量结果,解释了开关出口D-dot电压探头波形畸变的原因,并运算得到了正确的波形。B-dot探头得到了与模拟结果符合的电流微分信号和电流信号。实验结果表明： D-dot探头适合MV量级的高电压脉冲测量,但当该探头工作在开关区时,设计中需要对比探头与被测电极以及其它电极的结构电容,只有满足结构电容远大于与其它高压电极的电容时,才能获得较真实的信号。如果结构设计中难以满足该要求,可以采用软件处理方法得到正确的波形。使用B-dot探头输出的电流微分信号可以较为准确地得到开关导通延迟时间,测量误差小于0.7 ns。     

脉冲相干激光雷达测距信号研究

对脉冲激光雷达外差测距信号进行了研究，理论上，采用调Q激光脉冲的数值计算波形，研究了脉冲激光经远处目标漫反向后进行外差接收的波形及其傅里叶变换频谱成分。实验上，研究了可调谐电光调Q射频激励波导CO2激光器脉冲激光经目标反射后的外差波形及其傅里叶变换频谱成分，并计算了目标的距离，理论分析与实验结果一致。     

具有预脉冲屏蔽板的水介质自击穿开关的电路模拟

 介绍了具有预脉冲屏蔽板的水介质脉冲形成开关的结构和等效电路模型，给出模型中等效参数的计算方法。使用Pspice软件对该模型进行了电路模拟，着重分析预脉冲屏蔽板结构对输入、输出脉冲的影响，同时分析了开关电感和电极间隙电容对电压波形的作用。模拟结果表明，开关输入、输出端的对地电容对电压波形影响很大，开关电感和电极间隙电容的影响相对较小。对比“闪光二号”加速器上进行的水介质自击穿开关实验波形和模拟波形，说明在一定范围内等效模型是可以采用的。设计开关结构时，应先合理调整屏蔽板的位置以确定其对地电容，尽量兼顾减小开关电容和电感，屏蔽板开孔大小需选取适当。     

聚龙一号装置波形调节北大核心CSCD

在聚龙一号装置(PTS装置)上开展了系列波形调节实验,成功在负载上输出脉冲上升时间达到600ns、峰值电流大于5.0 MA的电流。聚龙一号装置在同步放电情况(短脉冲模式)下,负载电流的上升时间约90ns,峰值电流约10.0 MA。波形调节通过装置24台激光触发气体开关分时放电、脉冲输出开关短接等技术调整,实现负载上长上升时间的脉冲电流输出。波形调节根据需要实现的电流波形形状,通过全电路模拟计算,调整激光触发气体开关的触发时序和脉冲输出开关状态,在相应负载上输出接近需求的实验波形。聚龙一号装置波形调节实验研究表明,输出电流脉冲的前沿的最大值取决于24台激光触发气体开关最早触发时刻和最晚触发时刻的时间差,该时间差受制于激光触发气体开关的正常触发。激光触发气体开关能否被正常触发,除了取决于进入开关触发间隙的触发激光能量外,还取决于开关充气压力和加载于开关两端的电位差,该电位差与相关两路的渡越时间相关。通过波形调节研究,聚龙一号装置具备在不同实验负载上输出不同上升时间、不同波形形状的脉冲电流的能力。     

Bragg光纤光栅用作滤波器时的输出光脉冲波形分析

对光纤光栅用作接收端光噪音滤波器进行了详细的理论分析,计算了通信系统中矩形光脉冲信号经“强”、“弱”Bragg光纤光栅滤波器后的输出光脉冲波形,同时也计算了矩形光脉冲信号经匹配光滤波器、现行光通信系统中常用F-P滤波器的输出光脉冲波形,对四种滤波器的输出光脉冲波形进行了分析和比较,并分析了输出信号在抽样判决时的码间干扰情况,从输出波形分析认为,光纤光栅用做接收端噪音滤波器比F-P滤波器具有更大的优越性.     

气体开关对多级脉冲形成线输出波形的影响

为了提高脉冲形成线的输出耐压,采用组叠的方式将多个单级脉冲形成线进行串叠,可实现脉冲功率系统的小型化设计。基于多级薄膜介质线脉冲形成叠加技术,研究了气体火花间隙开关对多级脉冲形成线输出波形的影响。介绍了开关的设计原则,分析了开关抖动、开关电感、开关电阻对多级脉冲形成线输出特性的影响,并且从实验上研究了开关的导通特性对脉冲形成线输出波形的影响。实验结果表明:开关抖动会引起脉冲输出波形平顶时间减小,并且开关触发抖动会引起绝缘介质上的过电压条件,从而影响系统的绝缘设计;开关电感会使脉冲前沿变缓,平顶宽度变窄,后沿存在扭曲变形,存在拖尾现象;开关电阻的存在会降低输出效率。     

探地雷达超宽带高斯脉冲信号源的设计

脉冲源作为探地雷达的核心部件,其高功率和超宽频带可保证探测距离和探测分辨率,波形的光滑性与稳定性同时也影响着目标成像质量。选用雪崩三极管组成Marx电路输出单极性脉冲,采取措施优化波形中的不光滑部分,精确计算传输线延迟时间,信号反向叠加形成双极性脉冲,设计梳状PCB形式有利于脉冲源的小型化。测量结果表明:脉冲波形平滑对称,正负峰间脉宽为1.64 ns,幅度为812 V(50 负载),拖尾振荡低于总体幅值的10%,和仿真结果吻合较好,符合探地雷达的需求。     

快速关断半导体开关工作特性及实验研究北大核心CSCD

介绍了快速关断半导体开关(DSRD)的工作原理,研究了开关内部的物理过程,分析了系统参数对开关输出特性的影响,研究发现:基区材料的击穿阈值越高、载流子饱和漂移速度越大输出电压上升速率越快;基区高的电场击穿阈值或低的掺杂浓度会增加器件关断时间和最大工作电压;考虑各参数的影响,基于高击穿阈值的DSRD是实现快脉冲输出的理想器件;缩短正向泵浦时间可有效抑制预脉冲,当正向泵浦时间小于200 ns时,输出脉冲波形基本不变;为了获得理想的脉冲前沿,反向电流应在达到峰值时完成对注入电荷的抽取。设计了单前级开关的DSRD泵浦电路,研制了基于DSRD的快脉冲产生系统,输出脉冲前沿约4 ns,电压约8 kV,电压上升速率约2 kV/ns,满足FID开关器件对触发电压的要求。     

调制器型加速器的波形整形

提出用火花隙开关法对调制器型加速器的输出波形前后沿进行锐化的方案,给出了锐化电路中的电容器电容值的确定和火花隙开关的设计.在已研制的脉冲调制器型加速器上进行了实验研究,实验中得到输出电压500kV、脉宽900ns、前沿时间80ns、后沿时间100ns的近似矩形的脉冲波形,并进行了1Hz重复运行实验.     

铁基纳米晶磁芯的脉冲磁化特性测量及其在磁开关中的应用

磁开关是重复频率脉冲功率系统可选的工作性能优越的开关器件之一。目前磁开关的仿真模型是基于伏秒积分的宏观特性建立起来的纯电路模型,未考虑磁芯饱和过程中磁芯特性的变化,仿真难以准确预测磁开关负载上的预脉冲,波形的前沿误差也较大。测试获得了快脉冲激励下的铁基纳米晶磁芯磁滞回线和初始磁化曲线,利用磁芯磁滞回线的关键参数,提取了脉冲激励下的磁芯J-A参数,用于定义多物理场中磁开关模型的磁芯特性。针对磁开关脉冲压缩电路,利用多物理场仿真软件COMSOL建立了磁脉冲压缩系统电路与磁开关电磁场的场路耦合仿真模型,计算磁脉冲压缩电路的输出波形,与实验结果对比,预脉冲幅值误差为2%,峰值误差为2%,前沿误差为5%,证明了建立的场路耦合仿真模型的有效性和准确性。     

光参量啁啾脉冲放大的逆问题

针对光参量啁啾脉冲放大的逆问题,即如何在给定输出信号光脉冲波形的前提下,通过计算得到输入信号光脉冲波形,提出了相应的计算模型和方法.以分步傅里叶变换和四阶龙格-库塔法为基础,通过数值拟合等方法,建立了输入-输出信号光强之间的定量关系.分别以预期输出信号光脉冲为啁啾高斯脉冲以及具有特定形状的整形脉冲为例,通过逆算得到了相应的输入信号光脉冲波形.研究结果表明,该逆算方法具有原理简单、计算快速准确等优点,可为激光脉冲整形设计提供参考. 关键词： 光参量啁啾脉冲放大 逆问题 啁啾脉冲 脉冲整形     

基于高非线性光子晶体光纤Sagnac环形镜的全光开关

设计了一种新颖的、低开关功率的全光开关. 将高非线性光子晶体光纤和双向抽运掺饵光纤放大器引入Sagnac环形镜内，破坏了环形镜的对称性，利用交叉相位调制作用使反向传输的两路信号光产生非线性相移，从而实现开关效应. 理论分析表明：开关功率与放大器的增益倍数和光子晶体光纤非线性系数的积成反比，在实验中所得开关功率约40 mW，消光比约为15.9 dB，并且信号光透过率随脉冲控制光峰值功率呈余弦变化，实验结果与理论分析相吻合. 关键词： 全光开关 高非线性光子晶体光纤 环形镜 交叉相位调制     

光时分复用(OTDM)系统中基于电吸收调制器(EAM)的短脉冲光源及解复用器的设计考虑

研究了电吸收调制器(EAM)的衰减随外加反向电压增加而指数增加的情形下,短脉冲光源的脉冲输出和解复用器的开关窗口对EAM的消光效率、反向DC偏置电压以及正弦RF驱动信号的幅度等参量的依赖关系.在基于EAM的短脉冲光源中,输出脉冲的消光比等于EAM消光效率η与正弦驱动电压峰峰值V_pp的乘积,输出光脉冲的消光比和脉宽均与EAM的反向偏置电压无关,但输出脉冲的峰值功率与η、V_pp和V_b都有关系.在基于EAM的解复用器中,为了使解复用器的开关窗口近似为矩形,可利用EAM的削波效应,使V_pp/2>V_b.在EAM的消光效率η已知时,通过仔细设计反向DC偏置电压V_b和正弦驱动电压的峰峰值V_pp,达到OTDM解复用器所需要的开关窗口形状、宽度和消光比.