光導開關(guān)超短電脈沖傳輸及輻射的有限時域差分法研究.pdf

1、光導開關(guān)作為一種新型的超快光電子學技術(shù)，因其產(chǎn)生皮秒量級電脈沖具有極優(yōu)良的電學特性，而被廣泛應(yīng)用于高功率超寬帶脈沖產(chǎn)生與輻射等領(lǐng)域。近年來，由于光導開關(guān)在飛秒激光照射下可以產(chǎn)生寬帶太赫茲電脈沖，因而在太赫茲技術(shù)領(lǐng)域中也有著非常重要的應(yīng)用前景。 本文在分析國內(nèi)外有關(guān)光導開關(guān)技術(shù)、光導太赫茲技術(shù)研究動態(tài)和時域電磁場研究理論進展的基礎(chǔ)上，首先利用時頻散射參數(shù)從傳輸線角度研究了光導開關(guān)超短電脈沖產(chǎn)生機理，進而利用電磁波有限時域差分方法(

2、FDTD)深入研究了光導開關(guān)超短電脈沖的傳輸和輻射特性；設(shè)計并分析了光導開關(guān)超寬帶天線；研究了光導太赫茲輻射控制的關(guān)鍵技術(shù)。 1.利用傳輸線瞬態(tài)理論分析了光導開關(guān)超短電脈沖產(chǎn)生電路；提出了一種光導開關(guān)等效電路模型，并根據(jù)該模型，首次利用時頻散射參數(shù)方法研究了光導開關(guān)電脈沖傳輸特性，得到了相關(guān)參數(shù)對光導開關(guān)輸出電脈沖性能的影響。 2.利用光導開關(guān)傳輸線的達朗伯行波解法，建立了FDTD中恒定偏壓光導開關(guān)的邊界條件及源設(shè)置方法

3、，編寫了相應(yīng)的FDTD程序分析了普通型和Blumlein型光導開關(guān)脈沖電路傳輸?shù)乃矐B(tài)過程，得到了Blumlein線幾何結(jié)構(gòu)對輸出脈沖特性的影響，提出了一種可以產(chǎn)生雙極性電脈沖的光導開關(guān)傳輸電路。將漂移擴散電流密度方程耦合入FDTD方程，研究了光導開關(guān)超短電脈沖的產(chǎn)生和傳輸過程，分析了傳輸線電磁場與光導開關(guān)載流子濃度及電流密度等重要電參量的空間時間分布關(guān)系，獲得了電磁場傳輸與光導開關(guān)特性的關(guān)系。提出了一種時域微擾法求解光導開關(guān)傳輸線脈沖產(chǎn)

4、生的近似方法。 3.設(shè)計并利用電磁場有限時域差分方法研究了光導開關(guān)超寬帶天線，得到了電磁場在天線中的瞬態(tài)傳輸過程，給出了時域遠場分布等特性，以及不同光導開關(guān)脈沖參量下遠場特性的比較。 4.提出了一種結(jié)構(gòu)新穎的用于太赫茲波段的光導濾波透鏡，其特點是將濾波和聚焦的性能結(jié)合為一體，能有效地在某個特定波段內(nèi)聚焦光導太赫茲輻射脈沖的輸出能量。并進一步設(shè)計了帶通和帶阻兩種性能的濾波透鏡，利用FDTD進行了數(shù)值研究，證明了設(shè)計的正確性