[发明专利]高效光导超短电脉冲产生器

说明书

本发明属于光电子技术脉冲产生器。

现有的光导超短电脉冲产生器是由美国人Auston在1975年提出的（D.H.Auston，Appl.Phys.Lett.，Vol.26，No.3，1975），它是利用超短光脉冲照射微带线型光导开关来产生超短电脉冲的。这种脉冲产生器产生的超短电脉冲幅值最大只能等于偏置电源电压的一半，即最大电压转换效率为50%。这种低转换效率的超短电脉冲产生器在实际应用中存在不少问题，主要有：1）在输出电压幅值一定的情况下，偏置电压的数值要求很高，这就增加了电源的成本和装调的复杂性。2）因光导开关上的电压太高，由于暗电导引起的热损耗增大，而会使器件损坏。针对上述问题，为了提高光导超短电脉冲产生器的电压转换效率，人们进行了认真的研究，1982年美国马里兰大学的C.S.Chang从原理上将Blumlein电路的思想引入到同轴电缆超短电脉冲产生器中（见Appl.Phys.Lett.，Vol.41，No.5，1982），这种脉冲产生器在理想的情况下输出脉冲的幅值等于偏置电源电压，最大电压转换效率可以达到100%。但是同轴线的结构形式在实际应用中仍然存在不少问题，其中：1）圆盘形光导开关的环形电极与光照面不同面，对光导开关导通能量的要求会很高;2）同轴线的电场不均匀，尺寸不能太小，否则容易击穿，并且，同轴线的结构加工、制造复杂，难以小型化、集成化;3）同轴线的高频响应较差，影响了脉冲波形的质量。

本发明的任务是：提供一种光导超短电脉冲产生器，它既能有很高的电压转换效率，又能提高输出超短电脉冲的波形质量，还有体积小，易集成，便于推广使用等优点。

实现本发明的技术特征主要是在光导开关电路器件中采用了微带结构技术，同时引入了Blumlein电路的设计思想。

附图是本发明的实施例。

图1是本发明的一种实施例的整体结构图。它是由光导开关AB和微带线Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ组成的，B区为上、下两层微带线Ⅰ和Ⅱ，CD区是与之串联的另一微带线Ⅲ，因此又称为双层微带结构的光导超短电脉冲产生器。图1中的〔1〕是光导开关，〔2〕是上层微带线Ⅰ的导体带，〔3〕是微带线Ⅲ的导体带，〔4〕是微带线中的介质，〔5〕是微带线Ⅱ、Ⅲ的接地板，〔6〕是微带线Ⅰ的接地板、微带线Ⅱ的导体带。在微带线的设计中，微带线Ⅰ按通常的微带线结构设计导体带，使Ⅰ的特性阻抗Z₀₁＝25Ω，Ⅰ的接地板宽度为导体带的3倍，并作为下微带线Ⅱ的导体带。微带线Ⅱ的介质厚度应适当设计，以保证Ⅱ的特性阻抗Z₀₂＝25Ω。微带线Ⅰ、Ⅱ的几何长度（即BC区长度），在同一介质情况下相等。例如，在脉冲成形电路中微带线长度1应满足△t＝21/v关系式，式中△t为所要求的成形脉冲宽度，v为微带线中电磁波的传播速度。微带线Ⅲ在微带线Ⅰ、Ⅱ确定了介质厚度的情况下，按微带线的结构设计导体带，使Ⅲ的特性阻抗Z₀₃＝50Ω。为了保证微带线Ⅰ、Ⅱ与Ⅲ之间的匹配，Ⅰ与Ⅲ的导体带宽度应有一个适当的过渡段。光导开关〔1〕的一个电极与微带线Ⅰ的导体带〔2〕串联，另一个电极经过介质侧壁与〔6〕相连。偏置电源V通过限流电阻R_g（或电感）跨接在〔5〕和〔6〕之间。负载电阻R_L（50Ω）跨接在〔3〕和〔5〕之间。

图2是器件下层bc部分的结构图。图中〔5〕是微带线Ⅱ、Ⅲ的接地板，〔6〕是微带线Ⅰ的接地板、微带线Ⅱ的导体带。

图3是本发明的等效电路原理图。图中Z₀是长度为1的两个传输线的特性阻抗，2Z₀是输出传输线的特性阻抗。

图4a、4b提供了本发明的另一种实施例，即单层微带结构的光导超短电脉冲产生器。它的器件电路结构包含两个等长度（为1）的微带线Ⅰ′和Ⅱ′，其特性阻抗均设计为Z₀＝25Ω，两者之间串联一个50Ω的负载电阻或特性阻抗为50Ω的双线传输线。图中〔7〕为光导开关，〔8〕为微带线Ⅰ′的导体带，〔9〕为微带线Ⅱ′的导体带，〔10〕为微带线Ⅰ′、Ⅱ′的接地板，〔11〕是双线传输线。

本发明的主要优点是：（1）在理想情况下（即光导开关的导电电阻为0，电极为欧姆接触，且无其它电路损耗），可以实现100%的电压转换效率;（2）微带型结构的分布参数与同轴线结构相比，其影响较小，可以提高带宽，降低辐射，产生更短的电脉冲和提高脉冲波形的质量;（3）本发明的结构尺寸可以横向压缩，便于小型化，集成化，因此可以在各种实际应用的微带型光导开关器件中得到推广。