DE2836298A1

DE2836298A1 - Verfahren zur erzeugung eines sehr kurzen elektrischen impulses mit waehlbarem amplitudenprofil

Info

Publication number: DE2836298A1
Application number: DE19782836298
Authority: DE
Inventors: Denis Le Goff
Original assignee: Compagnie Generale dElectricite SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1977-08-25
Filing date: 1978-08-18
Publication date: 1979-03-01
Also published as: FR2401556B1; SE7808808L; IT1098118B; JPS5446459A; FR2401556A1; SE421366B; BE869511A; GB2004060A; US4205225A; AU520097B2; IT7826948A0; AU3919778A; GB2004060B

Description

VERFÄHREN ZUR ERZEUGUNG EINES SEHR KURZEN ELEKTRISCHEN IMPULSES MIT WÄHLBAREM AMPLI-

TUDENPROFIL

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines sehr kurzen elektrischen Impulses mit wählbarem Amplitudenprofil.

Es sind Generatoren zur Erzeugung von elektrischen Impulsen hoher Spannung und kurzer Dauer bekannt. Die von bestimmten derartigen Generatoren gelieferten Impulse können in ihrer Länge verstellt werden, jedoch ist es nicht möglich, den Spannungsverlauf dieser Impulse, d.h. ihr Amplitudenprofil zu verändern, das im wesentlichen vom Generatortyp und von der Art des an die Ausgangsklemmen des Generators angeschlossenen Lastkreises abhängt.

Derartige Impulsgeneratoren können zur zeitlichen Unterteilung von Laserimpulsen eingesetzt werden. Hierzu werden die Ausgangsklemmen eines Generators zur Erzeugung von elektrischen Impulsen an die Elektroden einer elektrooptischen Blende angeschlossen, die in der Bahn eines zu unterteilenden Laserimpulses angeordnet ist. Der Generator zur Erzeugung elektrischer Impulse wird mit dem Lasergenerator so synchronisiert, daß der wesentlich kürzere elektrische Impuls zu dem Zeitpunkt auftritt, zu dem der Laserimpuls die Blende durchquert. Das Profil des so unterteilten Laserimpulses hängt von den aufsteigenden und absteigenden Flanken des elektrischen Impulses und vom Amplitudenverlauf des vom Lasergenerator gelieferten Laserimpulses ab„

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In bestimmten Anwendungsfällen ist es erforderlich, daß der unterteilte Laserimpuls nicht nur eine vorbestimmte Länge aufweist, sondern auch ein vorbestimmtes Amplitudenprofil; diese letzte Forderung kann mit zur Zeit bekannten Generatoren von elektrischen Impulsen nicht erfüllt werden.

Es ist jedoch möglich, ausgehend von einem Generator von sehr kurzen Laserimpulsen längere Laserimpulse von vorbestimmter Form zu erzeugen, indem auf der Sendeachse des Lasergenerators eine optische Vorrichtung angebracht wird, in der in Aufeinanderfolge ein Polarisator, eine X/4- Platte, mehrere halbdurchlässige Spiegel und ein Reflektor angeordnet sind. Diese Methode ist jedoch im Einsatz ziemlich schwierig zu beherrschen, da sie relativ komplizierte Berechnungen erfordert.

Die Erfindung gemäß Anspruch 1 löst die Aufgabe, ein einfaches Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe ein elektrischer Impuls vorwählbaren Amplitudenprofils erzeugt werden kann. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung für eine Folge von Laserimpulsen, die von einem Lasergemrator ausgesandt werden, der zur in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung gehört.

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Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Form des elektrischen Impulses, der ausgehend von den in Fig. 2 dargestellten Laserimpulsen erzeugt wird.

Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung einer anderen Laserimpulsfolge, die von dem genannten Lasergenerator abgegeben wird.

Fig. 5 zeigt eine graphische Darstellung der Form des elektrischen Impulses, der ausgehend von den in Fig. 4 dargestellten Laserimpulsen erzeugt wird.

Fig. 6 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Komponente der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung.

Ein Lasergenerator 1 sendet einen Impuls 2 von 30 Nanosekunden Dauer aus. Dieser Impuls durchläuft einen Linearpolarisator 3, bevor er auf einer optoelektrischen Zelle auftrifft, die aus einem mit zwei Elektroden 5 und 6 versehenen Lithium-Niobatkristall 4 besteht. Von den beiden Elektroden ist jeweils eine an einen entsprechenden Metallbelag 7 bzw. 8 angeschlossen, die auf den beiden Seiten einer Dielektrikumplatte 9 aufgebracht sind und einen Kondensator bilden. Der Kondensatorbelag 7 steht mit einem elektrischen Leiter 10 über ein Halbleiterstück 11 in Verbindung, beispielsweise aus Silizium, das mit dem Kondensatorbelag 7 und dem Leiter 10 in Kontakt steht. Der Leiter 10 und der Kondensatorbelag 8 sind jeweils an einen Pol einer elektrischen Gleichspannungsquelle 12 angeschlossen.

Ferner enthält die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung einen Lichtimpulsgenerator 13, der eine Folge von sehr kurzen Lichtimpulsen von etwa 30 Picosekunden Dauer abgeben kann. Der

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Generator 13 kann beispielsweise aus einem neodymdotierten Yttrium-Aluminium-Granat-Laser bestehen, der eine Farbstoffzelle enthält und im blockierten Mode arbeitet.

Die Dauer der Intervalle zwischen zwei aufeinanderfolgenden Lichtimpulsen des Generators 13 kann auf Werte zwischen etwa hundert Picosekunden und einigen Nanosekunden gemäß einem vorbestimmten Programm mit Hilfe eines optischen Systems 14 bekannter Bauart geregelt werden; dieses System kann beispielsweise aus zwei sich gegenüberliegenden Reflektoren bestehen, auf deren Reflexionsflächen das vom Generator ].3 ausgesandte Lichtbündel mehrfach hintereinander reflektiert wird. Die zeitlichen Abstände zwischen den Lichtimpulsen hängen von der Anordnung der beiden Reflektoren zueinander ab. Einer der Reflektoren des Systems ist halbdurchlässig, und die durch diesen Reflektor laufenden Lichtimpulse werden mit Hilfe einer Linse 15 auf das Halbleiterstück 11 konzentriert.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung arbeitet folgendermaßen :

Bevor das Halbleiterstück 11 durch die vom Generator 13 abgegebenen Lichtimpulse angeleuchtet wird, weist es einen hohen elektrischen Widerstand auf, so daß in der Praxis der Kondensatorbelag 7 elektrisch vom Leiter 10 getrennt ist. Beim Empfang der Lichtimpulse nimmt der Widerstand der Halbleiterstücke 11 nach und nach durch Erzeugung von Ladungsträgern ab. Diese Abnahme des Widerstands bleibt von einem Lichtimpuls zum folgenden erhalten, da der zeitliche Abstand zwischen zwei Impulsen weit geringer ist als die Lebensdauer der Ladungsträger.

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Der aus den Belägen 7 und 8 der Platte 9 bestehende Kondensator wird daher durch die Quelle 12 während des Anleuchtens des Halbleiterstücks 11 durch die Lichtimpulsfolge in aufeinanderfolgenden Stufen aufgeladen.

Wenn die Anzahl der Stufen (und folglich die Anzahl der Impulse der Impulsfolge) ausreichend groß gewählt wird, kann die steigende Flanke des elektrischen Impulses, der die Ladungskurve des Kondensators bildet, als kontinuierliche Flanke angesehen werden.

Das Profil dieser Flanke kann an ein gewünschtes Profil durch Regeln des zwischen den aufeinanderfolgenden Lichtimpulsen liegenden zeitlichen Abstands angeglichen werden.

Die Figuren 2 und 3 zeigen, daß sich eine lineare Flanke ausgehend von einer Folge von gleichstarken Lichtimpulsen erreichen läßt, die untereinander den gleichen Abstand aufweisen. Fig. 2 zeigt schematisch die Intensität I der Impulse in Abhängigkeit von der Zeit t, während Fig. 3 den entsprechenden Potentialunterschied TJ zwischen den Kondensatorbelägen 7 und 8 in Abhängigkeit von der Zeit t angibt, wobei die Zeitskalen gleich sind.

Nähert man jedoch die aufeinanderfolgenden Impulse der Impulsfolge allmählich aneinander an, wie es in Fig. 4 gezeigt wird, so ergibt sich eine aufsteigende Flanke, deren Steigung mit der Zeit zunimmt (siehe Fig. 5).

Ganz allgemein führt eine Vergrößerung der Dauer der zeitlichen Abstände zwischen den Lichtimpulsen zu einer Verringerung der momentanen Steigung der aufsteigenden Flanke und umgekehrt.

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Es ist klar, daß eine derartige Steiguhgsänderung auch dadurch zu erzielen ist, daß die Intensität der Lichtimpulse während des Anleuchtens des Halbleiterstücks 11 entsprechend einem vorbestimmten Profil verstellt wird. Diese Verstellung der Intensität kann mit Hilfe des oben beschriebenen optischen Systems 14 erreicht werden, indem geeignete Dämpfungsglieder auf dem Weg des Lichtstrahls zwischen den beiden sich gegenüberliegenden Reflektoren des Systems angeordnet sind.

Zur Bildung der absteigenden Flanke des zwischen den Kondensatorbelägen. 7 und 8 aufgefangenen elektrischen Impulses genügt es, die elektrischen Potentiale dieser Beläge auszugleichen .

Dieser Ausgleich kann mit Hilfe eines weiteren Halbleiterteils 16, beispielsweise aus Silizium, durchgeführt werden, das mit dem Leiter 10 in Kontakt steht und elektrisch mit dem Belag 8 über einen Anschluß 17 in Verbindung steht, wie es in Fig. 6 gezeigt wird, die in perspektivischer Ansicht das elektrische Schaltorgan der in Fig. 1 dargestellten Anordnung illustriert; gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche Bauteile.

Wenn, wie es im allgemeinen der Fall ist, eine praktisch senkrecht abfallende Rückflanke erzielt werden soll, genügt es, das Halbleiterteil 16 nach dem Anleuchten des Halbleiterteils mit einem anderen sehr starken Lichtimpuls anzuleuchten, der vom Generator 13 oder einem anderen hier nicht dargestellten Lasergenerator geliefert werden kann. Dadurch erzeugt man einen

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Kurzschluß zwischen den Belägen 7 und 8.

Selbstverständlich ist es auch möglich, auf Wunsch eine allmählich abfallende Rückflanke gemäß einem vorwählbaren Profil zu erreichen, indem das Halbleiterteil 16 mit einer anderen Folge von Lichtimpulsen analog der für die steigende Flanke benutzten Folge angeleuchtet wird.

Der elektrische Impuls vorbestimmter Form, der zwischen den Belägen 7 und 8 abgegriffen wird, kann wie in Fig. 1 dargestellt, zur Speisung der Elektroden 5 und 6 der in der Bahn der vom Generator 1 ausgesandten und durch den Polarisator 3 linear polarisierten Laserimpulse 2 angeordneten optoelektrischen Zelle genutzt werden. In diesem Fall werden die vom Generator 13 abgegebenen Impulse mit den vom Generator 1 gelieferten Impulsen synchronisiert, so daß der elektrische Impuls auf den Elektroden der Zelle zum Zeitpunkt des Durchgangs des durch diese Zelle laufenden Laserimpuls eintrifft. Der Polarisator ist so ausgerichtet, daß der vom Generator 1 kommende Laserimpuls nur während des kurzen Augenblicks, während dem die Elektroden 5 un_wd 6 den elektrischen Impuls empfangen-, von der Zelle übertragen wird. So erhält man einen Laserimpuls sehr kurzer Dauer, beispielsweise 1,35 Nanosekunden, dessen Form der des elektrischen Impulses entspricht und der folglich einem wählbaren Profil angepaßt werden kann.

Im Rahmen der Erfindung können selbstverständlich der elektrische Schalter und die optoelektrisch^ Zelle eine einzige flache Übertragungsleitung bilden, und die den Schalter speisende Gleichspannungsklemme kann eine koaxiale Leitung sein, die einen Gleichspannungsimpuls überträgt.

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Claims

Fo ίο 977 D 1 8. Äug. 1978

COMPAGNIE GENERÄLE D'ELECTRICITE S.A. 54, rue La Boetie, 75382 PARIS CEDEX 08 Frankreich

VERFAHREN ZUR ERZEUGUNG EINES SEHR KURZEN ELEKTRISCHEN IMPULSES MIT WÄHLBAREM AMPLITUDENPROFIL

PATENTANSPRÜCHE

ί1 )— Verfahren zur Erzeugung eines sehr kurzen elektrische Impulses mit wählbarem Amplitudenprofil, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stück Halbleitermaterial zwischen einem elektrischen Leiter und einem ersten Kondensatorbelag angeordnet ist, mit dem Leiter und dem ersten Kondensatorbelag in Kontakt steht und mit einer Folge von Lichtimpulsen angeleuchtet wird, wobei der Leiter und ein zweiter Kondensatorbelag jeweils an einen Pol einer elektrischen Gleichspannungsquelle angeschlossen sind und der elektrische Impuls zwischen dem ersten und zweiten Kondensatorbelag abnehmbar ist, daß die Stärke jedes Lichtimpulses auf ein Niveau eingeregelt wird, das ausreichend hoch ist, um eine Abnahme des elektrischen Widerstands des Halbleitermaterials zu dem Zeitpunkt hervorzurufen, zu dem der Lichtimpuls auf das Halbleiterstück auftrifft, wobei diese Widerstandsabnahme von einem Lichtimpuls zum anderen erhalten bleibt, so daß der Kondensator während der Beleuchtung in aufeinanderfolgenden Stufen aufgeladen wird, daß die Dauer der Länge der zwischen zwei aufeinander-

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ORIGINAL INSPECTED

folgenden Lichtimpulsen liegenden Intervalle entsprechend einem vorbestimmten Programm so geregelt wird, daß die mittlere Stufenladungskurve des Kondensators eine Form erhält, die in etwa gleich der steigenden Flanke des gewünschten Amplitudenprofils ist, wobei eine Änderung der Dauer eines Intervalls in einer Richtung eine Änderung der momentanen Steigung der Kurve in der entgegengesetzten Richtung herbeiführt, und daß nach dem Beleuchten ein Ausgleich der Kondensatorbelagpotentiale hervorgerufen wird, damit sich eine Kondensatorentladung gemäß einer Kurve ergibt, deren Form in etwa gleich der absteigenden Flanke des gewünschten Amplitudenprofils ist.

2 - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität der verschiedenen Lichtimpulse gemäß einem anderen vorbestimmten Programm verändert wird.

3 - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer möglichst steil abfallenden Flanke des wählbaren Profils der Potentialausgleich der Kondensatorbeläge dadurch hervorgerufen wird, daß ein anderes Halbleiterstück durch einen starken Lichtimpuls angeleuchtet wird, wobei dieses andere Halbleiterstück mit dem ersten und zweiten Kondensatorbelag in elektrischem Kontakt steht.

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4 - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer abfallenden Flanke wählbaren Profils ein weiteres Halbleiterstück, das in elektrischem Kontakt mit dem ersten und zweiten Kondensatorbelag steht, mit einer geeigneten Folge von Lichtimpulsen angeleuchtet wird.

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