激光光控超导YBa2Cu3Ox薄膜开关的研制

在对光控热电效应开关进行理论分析的基础上,木文提出用YBa₂Cu₃O_x薄膜制作光控开关,并测试了在液氮温度下薄膜开关在不同激光波长下的特征参数,测试的最好结果是响应度R_v(632.8nm,10kHz,1Hz)为217V/W,归一化探测率D_*(632.8nm,10kHz,1Hz)为2.3×10¹¹cm.Hz^1/2/W,响应时间τ为0.21ms.     

用两端对称缺陷复合光子晶体实现多通道滤波和光开关

用传输矩阵法计算了两端对称缺陷复合光子晶体结构的光传输特性。计算结果表明:两端对称缺陷复合光子晶体[D(AB)mD]2结构中的禁带出现两个完全共振透射峰。通过控制入射光强来微调光子晶体材料的介电常数,使得完全共振透射峰移动,且介电常数变化越大,共振透射峰偏移越大,从而形成高效率的双通道光开关。当光子晶体为[D(AB)mD]N结构时,每个完全共振透射峰都分裂为N-1条,这样可通过调节N同时实现所需要通道数目的高效多通道光开关和多通道滤波器。     

皮秒脉冲功率技术理论模型及其优化设计

为了产生100~500 ps,200~500 kV,1~10 kA数量级的皮秒放电脉冲,建立了一个皮秒脉冲发生器理论模型,并提出利用增益系数极值法,确定其最大兼容工作点,相对于纳秒脉冲成形线,皮秒脉冲成形线实现了90%,70%,85%的归一化电压增益、能量增益和放电功率增益。为了最大限度地降低皮秒脉冲成形线的载压时间,提高系统的绝缘安全因子,利用华罗庚0.618优算法,设计了电压传输系数。在纳秒脉冲成形线与皮秒脉冲成形线阻抗比值等于1.63条件下,在4倍和6倍皮秒脉冲成形线时间之内,归一化电压增益、能量增益和放电功率增益就可以分别达到94%,72%,89%与99%,53%,97%。     

针板型电晕稳定开关的电晕稳定性

设计了一款可用于触发和自触发的针板型电晕稳定开关,其中针电极直径为2 mm,主间隙距离为10 mm,触发间隙为5 mm。通过静电场的模拟得知其场强的不均匀系数大于7,并且通过大量实验数据得出:开关起晕电压和击穿电压分别为6.8 kV和19.3 kV,由此得知电晕稳定开关的电晕稳定因子为0.55,这说明开关具有较好的电晕稳定性。     

真空中激光触发脉冲电压下绝缘材料闪络特性

搭建了真空中脉冲电压下激光触发沿面闪络试验平台,在试验平台上进行常用开关绝缘介质尼龙、聚碳酸酯和Al2O3陶瓷的激光触发沿面闪络特性试验,探讨了真空中激光触发沿面闪络的机理。试验结果表明:聚碳酸酯试品的自闪络电压最高;在真空中脉冲电压下的激光触发沿面闪络试验中,随着激光能量密度的增大,3种材料的时延和抖动均减小;532 nm和1 064 nm波长激光触发的条件下,3种材料的抖动均在1 ns左右,聚碳酸酯抖动较小;532 nm波长激光触发的时延小于1 064 nm波长激光触发的时延。     

大功率GaAs光导开关寿命实验研究

设计并制作了18 mm间隙的半绝缘GaAs光导开关,开关芯片采用标准半导体工艺制作并封装在陶瓷基板上。测试了光导开关在20 kV工作电压、1 kA工作电流时,不同重复频率工作的开关寿命,结果表明,开关寿命4 000次~7 000次,且随着重复频率的提高,开关寿命有所降低。初步分析了导致开关失效的原因为热损伤,包括局部发热导致的连接损伤和材料损伤以及整体发热导致的暗态电阻下降。     

不同形状的光斑触发砷化镓光导开关

为研究使用不同形状光斑触发光导开关对光电导特性的影响,研制了12 mm间隙的半绝缘砷化镓光导开关,在不同的偏置电压下,使用波长为1 064 nm的不同能量的激光触发光导开关并进行了光电导测试。使用了不同形状的光斑(包括面状、线状和点状光斑)触发光导开关并进行了光电导特性的比较,讨论了触发光参数对光导开关特性的影响。对处于开关电极间不同位置的线状光斑触发特性进行了比较,结果显示,本征光电导和非本征光电导情况下光斑位置对光电流的影响正好相反。     

介质厚度对光量子阱束缚态波长的调整

用传输矩阵法计算了不同介质厚度对光量子阱结构的传输特性。计算结果表明:光子的束缚效应将导致波长的量子化。通过微小地改变阱区和垒区介质的厚度可改变束缚态的波长,且阱区和垒区介质厚度的变化与束缚态波长的变化呈良好的线性关系,阱区介质厚度的变化对束缚态波长的变化大于垒区。阱区介质厚度与束缚态半峰宽呈阶梯形状降低,而阱区介质厚度与束缚态品质因子呈阶梯形状升高。此结果为设计所需要的束缚态波长光量子阱结构提供了理论依据,也为光量子阱实现热敏开关提供了理论基础。     

Optimal design and analysis of a high-speed, low-voltage polymer Mach-Zehnder interferometer electro-optic switch

Detailed model, analysis and design technique are presented for simulating a high-speed polymer Mach-Zehnder interferometer (MZI) electro-optic switch with push-pull dual driving electrodes and rib waveguides. The novel formulas of the time-domain response are derived. Thorough optimization and simulation for the designed device are performed. The total length of the basic function unit of the switch is about 5049 μm, the push-pull switching voltage is 2.23 V, the switching time is 18.1 ps, and the insertion loss and crosstalk are less than 2.64 and −30 dB, respectively, within the range of the operation wavelength from 1534 to 1566 nm. These results are in good agreement with those obtained from the beam propagation method (BPM).