论文摘要
近几十年来,作为一门新兴学科,由光子学与电子学相结合而产生的光电子学科有着巨大的发展。特别是超短激光脉冲技术与超快响应光电半导体材料技术的进步,使得大功率瞬态电磁脉冲发生系统及其开关技术获得空前的发展。产生超宽带电磁脉冲的关键是高压开关技术。半导体光电导开关是利用超快脉冲激光器与光电导体相结合形成的一类新型器件,与传统的气体或液体开关相比,光导固体开关（photoconductive semiconductor switches,简称PCSS）,具有触发无抖动、寄生电抗小、上升时间快、关断时间短、重复频率高等优良特性。在III-V族半导体（如GaAs等）中发现:除了可以按易于理解的每吸收一个确定能量的光子产生一个电子空穴对的线性模式工作以外,还存在一种高增益的非线性工作模式,这种模式可使光导开关导通的光能比常规模式降低3-5个数量级,从而为光导开关的小型化,实用化,集成化提供了现实的可能性,因而倍受人们的关注。因此它将在超宽带脉冲产生领域有着极其广阔的应用前景。超宽带源和天线在瞬态雷达和通信系统中具有广泛的应用前景。目前,超宽带电磁脉冲的产生是一个极具挑战性的工作,用光导开关可以产生100ps上升沿,电压幅度超过10kV,脉冲宽度可从130ps到几个ns的脉冲。瞬态电磁脉冲的研究是当前电磁学的前沿课题之一,其应用领域十分广泛,如超宽频带雷达、超宽保密通信和高能微波等。本文对瞬态阵列电磁脉冲的高效传输特性进行了详尽分析,并给出详细的实验结果。本文在理论方面主要研究了光导开关的线性物理机制,通过微观统计计算了光导开关材料的宏观电参数,即通过计算GaAs内部的各种散射机制,如杂质电离散射,形变势散射,压电散射等等,得出该材料在不同载流子浓度下的迁移率和电导率,为建立光导开关在各种工作模式下的瞬态响应模型,模拟光导开关的输出电脉冲特性曲线打下基础。在实验方面,本文主要研究了微带型线性光导开关的电压转换效率、光导开关的饱和光能、以及无光激励的情况下,光导开关暗态电阻与偏置电压的关系,非线性光导开关的阈值条件和光导开关的重频实验,最后用大型的天线阵列证明了瞬态阵列电磁脉冲的高效传输特性,天线阵列轴线方向上瞬态阵列电磁脉冲可以实现很好的同相合成,即阵列轴线方向电场强度正比于辐射单元数,能量密度正比于辐射单元数的平方。