基于光導(dǎo)開關(guān)的高功率微波系統(tǒng)研究.pdf

1、論文討論了三個方面的研究內(nèi)容：瞬態(tài)高功率光電導(dǎo)脈沖源研究；瞬態(tài)電磁脈沖的傳輸特性研究；基于瞬態(tài)光電導(dǎo)脈沖源和瞬態(tài)電磁脈沖傳輸特性基礎(chǔ)之上的高功率微波系統(tǒng)研究。 在光導(dǎo)開關(guān)物理機制研究方面，主要完成了四個方面的工作：首先，采用近平衡統(tǒng)計模型和費米統(tǒng)計理論，研究了低偏置電場下簡并載流子的運動規(guī)律，得到了材料遷移率、電導(dǎo)率等宏觀參數(shù)的普適統(tǒng)計計算公式，并與文獻實驗測試結(jié)果很好符合，為線性光導(dǎo)開關(guān)物理機制的非唯象理論研究提供了分析方法；

2、其次，采用點觸發(fā)模型，依據(jù)泊松方程、連續(xù)性方程，考慮載流子漂移、擴散、復(fù)合，分析了線性模式下光導(dǎo)開關(guān)內(nèi)部載流子的輸運機制，給出了光導(dǎo)開關(guān)輸出電脈沖參數(shù)的解析解和數(shù)值解；第三，提出了倍增偶極疇模型，定量分析了點觸發(fā)和強場條件下，光導(dǎo)開關(guān)內(nèi)部載流子的輸運機制，給出了lock—on及雪崩工作模式下光導(dǎo)開關(guān)的閡值條件，理論計算結(jié)果與實驗測試結(jié)果很好符合。第四，依據(jù)對載流子微觀運動規(guī)律的統(tǒng)計分析、光導(dǎo)開關(guān)的線性與非線性機制分析結(jié)果，給出了諸如強場

3、下GaAs對1064nm的光吸收機理、線性光導(dǎo)開關(guān)的飽和參數(shù)、lock—on模式同時存在偏置電場與激勵光強閾值等一些典型實驗現(xiàn)象的定量分析。 在光導(dǎo)開關(guān)研制與實驗測試方面，主要完成了以下三方面工作：首先，分別采用解析與仿真計算方法，給出了光導(dǎo)開關(guān)機械結(jié)構(gòu)及絕緣封裝設(shè)計的一般方法；其次，探索了光導(dǎo)開關(guān)Pd/Ge/Ti/Pt/Au等金屬系統(tǒng)的耐高溫歐姆電極研制工藝、GaAs表面處理工藝，并研制了在50Ω負載上產(chǎn)生峰值功率超過2MW、

4、觸發(fā)抖動約65ps、使用壽命超過3.6×106次、脈沖寬度1ns、重復(fù)頻率1kHz的高功率光導(dǎo)開關(guān)近1500只；第三，設(shè)計了直接和取樣實驗測試電路，并完成了大量實驗測試任務(wù)。 在瞬態(tài)電磁脈沖傳輸特性研究方面，主要完成了以下四方面工作：第一，采用電磁場理論，給出了圓形單元輻射器軸線場分量及能量密度的解析解；根據(jù)解析計算結(jié)果，給出了瞬態(tài)電磁脈沖慢衰減特性的物理解釋；采用單元或陣列輻射器，嚴格測試了瞬態(tài)電磁脈沖的慢衰減距離，實驗測試結(jié)

5、果與理論分析很好符合；第二，采用電磁場理論，給出了典型單元輻射器及陣列天線輻射瞬態(tài)電磁脈沖的場量與能量密度在空間上分布情況的數(shù)值計算結(jié)果；理論上解釋了天線陣列的高效傳輸特性、波束聚焦特性和波束掃描特性；分別利用電子源和PCSS饋電方式，在不同陣元數(shù)與布陣方式的天線陣列條件下，實驗很好驗證了天線陣列輻射電磁波束參數(shù)的理論分析結(jié)果；第三，引入并改進了天線陣列的點源近似模型，用于分析天線陣列參數(shù)、單元天線參數(shù)與陣列天線參數(shù)之間的關(guān)系、天線陣列

6、的布陣方式等復(fù)雜問題，獲得與嚴格電磁理論一致的計算結(jié)果；在此基礎(chǔ)上，給出了基于時域分析的解析或擬合計算公式；并用CST計算軟件加以數(shù)值實驗驗證；第四，采用解析分析與仿真計算相結(jié)合的方法，分析了瞬態(tài)電磁脈沖在典型傳輸線中的色散與損耗，為陣列高功率微波系統(tǒng)原理樣機的傳輸線路設(shè)計提供了參考數(shù)據(jù)。 在實驗測試及瞬態(tài)高功率微波系統(tǒng)原理樣機研制方面，主要完成了以下兩方面研究工作：第一，獨立承擔了光纖分束器、光纖三維調(diào)節(jié)裝置、接收天線支架設(shè)計