PDF《基于光导开关和平板线的固态脉冲功率技术》

第12 卷第1期太赫兹科学与电子信息学报 Vo1.

12, No.

1 2014 年2月Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology Feb. ,

2014 文章编号:2095-4980(2014)01-0032-05 基于光导开关和平板线的固态脉冲功率技术 谌怡,夏连胜,王卫,刘毅,张篁,石金水,章林文 (中国工程物理研究院 流体物理研究所,四川 绵阳 621999) 摘要:紧凑型固态化是脉冲功率技术发展的趋势,研究了基于 GaAs 光导开关和陶瓷平板传 输线的固态脉冲功率技术.紧凑型固态脉冲功率系统的关键部件主要包括固态陶瓷平板传输线, 高功率 GaAs 光导开关以及激光二极管触发系统.研究了单路 Blumlein 脉冲形成线输出特性,分析 了GaAs 光导开关非线性导通带来的损伤,并开展了单路 Blumlein 脉冲形成线实验.结果表明:研 制基于固态平板传输线、光导开关以及激光二极管触发系统的紧凑型脉冲功率具有可行性,负载 上获得了超过

20 kV 的高压脉冲输出. 关键词:脉冲功率技术;

陶瓷平板传输线;

GaAs 光导开关;

激光二极管;

Blumlein 线 中图分类号:TN78 文献标识码:A doi:10.11805/TKYDA201401.0032 Solid-state pulsed power technology based on PCSS and planar lines SHEN Yi,XIA Lian-sheng,WANG Wei,LIU Yi,ZHANG Huang,SHI Jin-shui,ZHANG Lin-wen (Institute of Fluid Physics,China Academy of Engineering Physics,Mianyang Sichuan 621999,China) Abstract:For the developmental tendency of pulsed power technology is compact and solid-state, a solid-state pulsed power technology based on GaAs Photoconductive Semiconductor Switches(PCSS) and ceramic planar transmission lines is proposed. The critical components and technologies included are solid-state ceramic planar transmission lines, high-power GaAs PCSS and triggering system of laser diode. An experiment of single Blumlein pulse forming line is conducted, of which the output characteristics is studied, and filament current damage of GaAs PCSS working at the lock-on mode is analyzed. Experimental results show that the proposed compact pulsed power system which obtained a high voltage pulse output above

20 kV on the load is feasible. Key words:pulsed power technology;

ceramic planar transmission line;

GaAs Photoconductive Semiconductor Switches;

laser diode;

Blumlein line 脉冲功率技术是将脉冲能量进行压缩,获得高功率、短脉冲的技术,是应军事和民用需求发展起来的新兴技 术.脉冲功率技术不但在高功率微波、加速器、强激光以及材料改性等军事领域具有重要作用,而且在生物医疗、 食品灭菌、污水处理等民用技术领域也具有优势.目前大多数实用脉冲功率系统装置都存在体积庞大、笨重的缺 点, 研制轻便、 紧凑、 高重复频率脉冲功率装置是该领域技术必然趋势[1] . 国外开展了较多的基于堆叠式 Blumlein 脉冲形成线的紧凑型固态脉冲功率研究.F Davanloo 等研制了功率为

50 MW~70 MW,重复频率为

1 Hz~300 Hz 的堆叠式 Blumlein 脉冲发生器, 在匹配负载上获得了超过

80 kV 的高压脉冲[2] . M Joler 开展了基于平板 Blumlein 脉冲形成线的紧凑型脉冲功率系统的优化设计与分析[3] .G J Caporaso 等开展了介质壁加速器中堆叠式 Blumlein 紧凑型脉冲功率的研究[4-5] .近年来,国内也开展了基于铁电陶瓷、高介电常数复合材料的固态传输线的初步研 究[6-9] .这些研究都表明,基于固态 Blumlein 脉冲形成线是研制紧凑型脉冲功率源的主要方法.由于固态传输线 具有高介电常数和击穿场强(即具有高储能密度),同时兼具低介电损耗和高电阻率等优点,因此基于固态平板传 输线的脉冲功率源装置本身具有轻便、紧凑等优点.本文开展了基于 GaAs 光导开关和陶瓷平板传输线的固态脉 冲功率技术研究,单路固态 Blumlein 线在失配设计时可输出超过