[实用新型]基于光导开关的参数可调高压纳秒电脉冲产生器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于光导开关的参数可调高压纳秒电脉冲产生器。

背景技术

高压纳秒电脉冲产生器可以按输出电压高低、脉冲宽度长短、重复频率范围和开光种类进行分类。大多数电脉冲产生器输出电压低于5kV,导致作用于负载的电场低而在负载上呈现较弱的电磁效应。一般电脉冲产生器输出的脉冲宽度在数百纳秒以上以致达到微秒，达不到理想的天线辐射效果或者出现不了医疗、农林等领域所需要的细胞内处理效应。从重复频率来看，为了满足军事的需要，通常脉冲重复频率很高(10kHz)，没有手动档;高重复频率容易导致细胞过热死亡，没有出现期望的肿瘤细胞凋亡响应或者没有农林领域期望的促生长因子的出现.火花隙开关耐压高，产生的脉冲宽度小，但是由于金属电极的烧蚀而开关寿命短，同时体积庞大。串并联MOSFET和IGBT开关保护电路复杂，易于烧毁，寿命短。基于半导体断开开关和磁饱和变压器的脉冲产生器的磁饱和材料处于试制阶段，不成熟，而且价格高昂。

有鉴于此，本高压纳秒电脉冲产生器利用光导开关产生电压高达5-10千伏、脉冲宽度在数百皮秒到数百纳秒之间和具有一定重复频率的电脉冲。本电脉冲产生器的光导开关具有静态耐压高、体积小、寿命长和价格低等特征。脉冲激光二极管代替较为庞大的激光器产生激光，将激光光能和电容储能配合，致力于电脉冲参数的可调节性和光导开关的高利用率，可用于军事、医疗、农林等领域，为国防安全和人类的健康服务。 

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于光导开关的参数可调高压纳秒电脉冲产生器，该发明创造包含核心器件：光导开关。如图1所示，首先系列大小电容器的储能与可调节的激光能量配合，使光导开关导通良好，获得不同幅值和不同脉冲宽度的高压纳秒电脉冲。激光二极管的光功率依次为50、75、150和200W，记为P1、P2 、P3、P4 四档。闭合S1、S2、S3、S4四个开关之中的一个，对应电容(耐压20 kV)为30、45、90和120PF对应,图中为C1、C2、C3和C4档。这样光导开关的能量和储能电容的组合为(P1,C1)、(P2,C2)、(P3,C3)和(P4,C4)。一般地，高压纳秒产生器中的储能电容为单个Blumlein传输线的电容，面积大，电容不易调节变化。

脉冲激光二极管代替了体积庞大、维护困难的激光器。脉冲二极管电路体积小、维护方便，激光功率可以调节驱动电流和脉冲宽度实现。该电脉冲产生器体积较YAG激光器触发的电脉冲产生器体积减小了一半以上，增加携带的便利性。

脉冲幅度、脉冲宽度和重复频率可以调节，增加了负载的种类。一般地，将高压纳秒电脉冲馈入军用的超宽带天线。该发明除了作超宽带天线的激励源外，产生的电脉冲可直接作用于医疗上的肿瘤细胞或者组织，增加肿瘤细胞的凋亡百分比，也可作用于农林领域的孢子悬液、无土培养的植物和蘑菇生长的圆木，提高菌类和农作物的产量。

新的位置关系：

高压纳秒电脉冲产生器构成：光电延时器子系统、脉冲二极管光功率调节子系统、高压充电电源、电容储能子系统与光导开关放电子系统和负载应用子系统。

光电延时器子系统由重复频率控制(含单次触发)按钮、555定时器、延时调节按钮、电信号放大电路组成，分别为小型化高压充电电源提供延时的充电信号和为脉冲发光二极管驱动电路提供触发信号。

高压充电电源子系统由自耦变压器、整流电路、IRF460开关管、回扫变压器组成。回扫变压器的储存磁能在开关管断开时转化为电容器储存的电能。

脉冲二极管光功率调节子系统由调整电路(电流和脉冲宽度调节)、脉冲二极管驱动电路和脉冲二极管(波长大于870纳米，小于1730纳米)组成，用于提供脉冲宽度、脉冲光功率可调节的激光。

电容储能装置与光导开关放电装置由开关和储能电容的系列组合(S1、C1、...S4、C4) 、高压硅堆和核心器件光导开关组成，实现储能和基于光导开关的放电。

输出脉冲可以馈入到超宽带天线；可以输送到肿瘤的细胞悬液或者组织；作用于农林领域的孢子悬液和草本植物悬液。

相互连接关系：

如图1所示，来自控光信号的TTL电平控制脉冲二极管光功率调节子系统，产生光能可调的光脉冲；小型化高压充电电源通过高压硅堆给不同的电容储能；光能和对应的电能匹配使光导开关充分导通，实现电容器的充分放电。 

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

该发明具有如下一些技术效果：