CN1055584C - 双层微带线光导超短电脉冲产生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光电子技术电脉冲产生器。该产生器主要解决现有光电脉冲产生器电压转换效率低、不易小型化的缺陷。采用由上层微带线1，下层微带线Ⅱ和单层微带线Ⅲ组成的双层微带线结构。上层微带线Ⅰ的导体带(2)通过光导开关(1)与下层微带线Ⅱ的导体带(6)相连，导体带(6)还作为微带线Ⅰ的接地板，微带线Ⅱ由导体带(6)和接地板(5)组成，微带线Ⅲ由导体带(3)与接地板(5)组成。微带线Ⅰ与微带线Ⅱ的特性阻抗相等，即Z₀₁＝Z₀₂＝25Ω，微带线Ⅲ的特性阻抗Z₀₃＝50Ω。具有可实现100%的电压转换效率，提高带宽和脉冲波形质量，便于小型与集成化的优点，可广泛用于各种微带型光导开关器件。

Description

双层微带线光导超短电脉冲产生器

本发明是“高效光导超短电脉冲产生器”专利申请的分案申请。原申请日：920909，原申请号：92110721.8。

本发明属于光电子技术电脉冲产生器。

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，如图4所示。这种脉冲产生器的负载电阻等于微带线的特性阻抗，即R_L＝Z₀。根据传输线理论，在理想光导开关情况下，输出电压为：

式中

，L是成形微带线长度，U是电磁波在微带线中的传播速度。由该式可见，这种电路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η＝[Vout(t)]max/V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)在要求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，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，人们进行了深入的研究。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(Appl.Phys.Lctt，Vol.41，No.5，1982)，这种脉冲产生器在理想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，例如：1)园盘形光导开关的环形电极与光照而不同面，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，同轴线结构的加工、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。

本发明主要包括偏置电源，负载电阻和电脉冲产生电路。其技术关键是对其中的电脉冲产生电路采用了微带线型光导开关Blumlein电路，即根据Blumlein等效电路，设计其微带线的导体带，光导开关和接地板。当超短光脉冲照射到光导开关上时，通过电脉冲产生电路的作用，在输出负载上产生高效率的超短电脉冲。

以下结合附图详细说明本发明的结构原理。

图1是本发明的等效电路图

图2是本发明的结构图

图3是图2的下层结构图

图4是现有技术结构图

图1中V是偏置电源，R_g是限流内阻，R_L是负载电阻，K是开关，Z₀是长度为L的两个传输线的特性阻抗，且R_L＝2Z₀。

参照图2，本发明主要由电源V、负载电阻R_L、光导开关1和双层微带线I、II及单层微带线III组成。其中上层微带线I的导体带2通过光导开关I与下层微带线II的导体带6相连接，(6的结构如图3所示)，导体带6此时还作为微带线I的接地板。微带线II是由其导体带6与接地板5组成的。微带线I与II构成了BC区的双层结构。微带线III是由其导体带3与接地板5组成的，并构成CD区的单层结构。微带线I的导体带2与微带线III的导体带3相连接。在微带线的设计中，应保证微带线I与微带线II的几何长度L在同一介质下相等(即为BC区长度)，微带线I与微带线II的特性阻抗相等，分别为Z₀₁＝25Ω，Z₀₂＝25Ω。微带线I的接地板6的宽度为导体带2的三倍，且6又作为微带线II的导体带，它的长度L应满足Δt＝2L/U关系式，式中Δt为所要求的电脉冲宽度，U为微带线中电磁波的传播速度。微带线II的介质厚度按照特性阻抗Z₀₂＝25Ω的要求设计。微带线III是在微带线I、II确定了介质厚度的情况下设计的，微带线III的特性阻抗为微带线I与II之和，即Z₀₃＝Z₀₁+Z₀₂＝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匹配过渡段。偏置电源V通过限流电阻R_g(或电感)跨接在接地板5和导体带6之间，负载电阻R_L(50Ω)跨接在导体带3和接地板5之间。

本发明的工作原理如下：当超短光脉冲照射光导开关时，由于产生光致载流子，使光导开关瞬间导通，通过偏置电源V对微带线电路进行充、放电，即在负载电阻R_L上产生超短电脉冲。根据图1所示等效电路理论分析，可以得出在理想光导开关情况下，输出超短电脉冲的电压为：式中

，L是成形微带线长度，U是电磁波在微带线中的传播速度。由此可以看出，该电路的电压转换效率η＝100％。

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)微带线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。

Claims (1)

1.一种双层微带线光导超短电脉冲产生器，包括有偏置电源，负载电阻，光导开关和电脉冲产生电路，其特征在于：

a.电脉冲产生电路主要由上层微带线(1)，下层微带线(II)和单层微带线(III)组成，上层微带线I的导体带(2)通过光导开关(1)与下层微带线II的导体带(6)相连接，导体带(6)还作为微带线I的接地板，微带线II是由导体带(6)和接地板(5)组成的，微带线I与II构成了BC区的双层微带线结构，微带线III是由导体带(3)与接地板(5)组成的，构成CD区的单层结构，微带线I的导体带(2)与微带线III的导体带(3)相连接，且有一宽度变化的匹配过渡段；

b.微带线I与微带线II在同一介质下几何长度相等，微带线I与微带线II的特性阻抗相等，即Z₀₁＝25Ω，Z₀₂＝25Ω，微带线III的特性阻抗为微带线I与II之和，即Z₀₃＝50Ω，微带线I的接地板(6)宽度为导体带(2)的三倍；

c.偏置电源V通过限流电阻R_g跨接在接地板(5)与导体带(6)之间，负载电阻R_L跨接在导体带(3)与接地板(5)之间。

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