基于光导开关的高功率微波系统研究
论文讨论了三个方面的研究内容：瞬态高功率光电导脉冲源研究；瞬态电磁脉冲的传输特性研究；基于瞬态光电导脉冲源和瞬态电磁脉冲传输特性基础之上的高功率微波系统研究。
在光导开关物理机制研究方面，主要完成了四个方面的工作：首先，采用近平衡统计模型和费米统计理论，研究了低偏置电场下简并载流子的运动规律，得到了材料迁移率、电导率等宏观参数的普适统计计算公式，并与文献实验测试结果很好符合，为线性光导开关物理机制的非唯象理论研究提供了分析方法；其次，采用点触发模型，依据泊松方程、连续性方程，考虑载流子漂移、扩散、复合，分析了线性模式下光导开关内部载流子的输运机制，给出了光导开关输出电脉冲参数的解析解和数值解；第三，提出了倍增偶极畴模型，定量分析了点触发和强场条件下，光导开关内部载流子的输运机制，给出了lock—on及雪崩工作模式下光导开关的阂值条件，理论计算结果与实验测试结果很好符合。第四，依据对载流子微观运动规律的统计分析、光导开关的线性与非线性机制分析结果，给出了诸如强场下GaAs对1064nm的光吸收机理、线性光导开关的饱和参数、lock—on模式同时存在偏置电场与激励光强阈值等一些典型实验现象的定量分析。
在光导开关研制与实验测试方面，主要完成了以下三方面工作：首先，分别采用解析与仿真计算方法，给出了光导开关机械结构及绝缘封装设计的一般方法；其次，探索了光导开关Pd/Ge/Ti/Pt/Au等金属系统的耐高温欧姆电极研制工艺、GaAs表面处理工艺，并研制了在50Ω负载上产生峰值功率超过2MW、触发抖动约65ps、使用寿命超过3.6×106次、脉冲宽度1ns、重复频率1kHz的高功率光导开关近1500只；第三，设计了直接和取样实验测试电路，并完成了大量实验测试任务。
在瞬态电磁脉冲传输特性研究方面，主要完成了以下四方面工作：第一，采用电磁场理论，给出了圆形单元辐射器轴线场分量及能量密度的解析解；根据解析计算结果，给出了瞬态电磁脉冲慢衰减特性的物理解释；采用单元或阵列辐射器，严格测试了瞬态电磁脉冲的慢衰减距离，实验测试结果与理论分析很好符合；第二，采用电磁场理论，给出了典型单元辐射器及阵列天线辐射瞬态电磁脉冲的场量与能量密度在空间上分布情况的数值计算结果；理论上解释了天线阵列的高效传输特性、波束聚焦特性和波束扫描特性；分别利用电子源和PCSS馈电方式，在不同阵元数与布阵方式的天线阵列条件下，实验很好验证了天线阵列辐射电磁波束参数的理论分析结果；第三，引入并改进了天线阵列的点源近似模型，用于分析天线阵列参数、单元天线参数与阵列天线参数之间的关系、天线阵列的布阵方式等复杂问题，获得与严格电磁理论一致的计算结果；在此基础上，给出了基于时域分析的解析或拟合计算公式；并用CST计算软件加以数值实验验证；第四，采用解析分析与仿真计算相结合的方法，分析了瞬态电磁脉冲在典型传输线中的色散与损耗，为阵列高功率微波系统原理样机的传输线路设计提供了参考数据。
在实验测试及瞬态高功率微波系统原理样机研制方面，主要完成了以下两方面研究工作：第一，独立承担了光纤分束器、光纤三维调节装置、接收天线支架设计和外协加工工作；组织并主要承担了Blumlein传输线、小型化脉冲电源、小型有源一体化天线的设计和外协研制工作；参与了光电同步控制仪的设计工作；第二，承担了所有课题的各类、各次实验。
光导开关;微波系统;传输特性;电磁脉冲
电子科技大学
博士
电磁场与微波技术
阮成礼
2008
中文
TM564
209
2009-07-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）