纳秒量级开关时间的全光纤磁光开关

采用磁光晶体薄膜、半波片、偏振分束器、偏振合束器和高速法拉第转子等元器件研制了一种具有新型光路的1×2全光纤磁光开关,以用于全光网络通信.采用雪崩晶体管设计和制作了多种纳秒脉冲发生器,用于驱动法拉第转子中的微型螺线管.对螺线管的尺寸和结构布局进行了优化设计,并分析螺线管的磁场强度和自感系数等性能参量,以提高磁光开关的开关速度.磁光开关的性能测试结果表明,纳秒脉冲上升时间为2～5ns、脉冲宽度为6～12ns、脉冲幅值为30～150V.磁光开关的插入损耗为1.55dB,串扰为23.69dB,消光比为-23.69dB,开关时间为100～400ns.该全光纤磁光开关的开关时间已达到纳秒量级.     

纳秒量级开关时间的全光纤磁光开关

采用磁光晶体薄膜、半波片、偏振分束器、偏振合束器和高速法拉第转子等元器件研制了一种具有新型光路的1×2全光纤磁光开关,以用于全光网络通信. 采用雪崩晶体管设计和制作了多种纳秒脉冲发生器,用于驱动法拉第转子中的微型螺线管. 对螺线管的尺寸和结构布局进行了优化设计,并分析螺线管的磁场强度和自感系数等性能参量,以提高磁光开关的开关速度. 磁光开关的性能测试结果表明,纳秒脉冲上升时间为2～5 ns、脉冲宽度为6～12 ns、脉冲幅值为30～150 V. 磁光开关的插入损耗为1.55 dB,串扰为23.69 dB,消光比为-23.69 dB,开关时间为100～400 ns. 该全光纤磁光开关的开关时间已达到纳秒量级.     

基于半导体断路开关的8 MW,10 kHz脉冲发生器

 功率器件半导体断路开关具有高重复频率工作能力。采用高速绝缘栅双极晶体管组件作为初级充电回路的主开关,建立了一台工作频率为10 kHz的脉冲发生器。脉冲发生器采用磁饱和脉冲变压器、磁开关及高压脉冲电容器组等固态器件进行两级脉冲压缩,产生小于100 ns的电流脉冲,对半导体断路开关进行泵浦,半导体断路开关反向截断泵浦电流在负载上产生高压脉冲输出。实验装置在电阻负载上得到了脉冲输出功率约为8.6 MW,脉冲宽度约10 ns,重复频率10 kHz的高压脉冲输出。     

多路高电压纳秒矩形波脉冲发生器的研制

为满足脉冲功率实验中对多路高电压纳秒矩形波激励的需求,研制了一台21路高电压纳秒矩形波发生器。此发生器由一个单路高电压纳秒矩形波脉冲发生器和一个21路分路器组成。其中单路高电压纳秒矩形波脉冲发生器可输出幅值约1.07kV、半高宽约10ns、上升沿约1.45ns的矩形波脉冲。利用21路分路器可将该矩形波脉冲分为21路矩形波脉冲,测得每路脉冲幅值可达51V,半高宽约为10ns,上升沿约为2.25ns。     

静磁表面波对高斯光脉冲的衍射特性研究

研究了磁光薄膜波导中线性啁啾高斯光脉冲与单频连续静磁波共线作用,给出了水平磁化时基于静磁表面波的磁光耦合方程.分别采用解析法和数值法计算了1310 nm和1550 nm两种光波长入射时衍射光的压缩特性,两种求解方法得到的结果一致.计算表明,衍射光脉冲的半峰全宽(FWHM)随相位失配因子的频率变化率和啁啾系数的增大而减小;在给定的计算参数下,与1310 nm波长对应的衍射光脉冲具有较大的峰值强度,但1550 nm波长输入时可以获得更窄的衍射光脉冲,因而1550 nm光脉冲更适于作为磁光脉冲压缩的脉冲源.文章还分析了磁损耗对衍射光脉冲的光强和输出脉宽的影响,对于普通的磁光薄膜,损耗基本上不影响光脉冲压缩效果.     

紧凑型重复频率高压纳秒脉冲电源及其仿真模型

纳秒脉冲等离子体在诸多实际的工程应用中依赖于小型化且可靠的纳秒脉冲电源实现。设计了一种紧凑型全固态高压纳秒脉冲电源,该电源主要由直流电源部分、绝缘栅双极晶体管及其驱动控制电路、可饱和脉冲变压器、磁脉冲压缩网络等组成。通过理论计算分析、PSpice电路仿真以及实验研究表明,其最终可以在800 的输出负载阻抗上获得幅值40 kV、脉冲宽度100 ns左右、脉冲上升沿约50 ns的高电压脉冲,重复频率最高可达5 kHz。     

磁光式无源传感器测量脉冲电流

利用国产磁光玻璃材料、发光二极管LED以及光电二极管PIN,制成了一套磁光式无源传感器,用来测量脉冲电流。这套测量设备的上升时间为300ns,可用来记录雷放电电流、等离子体实验中的脉冲电流及高功率脉冲装置中的电流。     

基于磁开关的重复频率冲击电压发生器

用磁开关取代传统冲击电压发生器的放电球隙,利用磁开关可高重复频率工作和磁压缩陡化的特点和冲击电压发生器"并联充电,串联放电"的特点,可形成重复频率快前沿高压脉冲。建造了基于磁开关的冲击电压发生器,试验表明:其重复频率可达1 kHz,在1 nF的电容负载上可形成17 kV,上升时间小于80 ns的高压脉冲。     

基于两种静磁模的磁光压缩特性比较

将磁光效应作为微扰, 采用耦合模理论分析了磁光薄膜波导中微波静磁波对线性啁啾光脉冲的磁光Bragg衍射作用, 得到了传统磁化时磁光共线和非共线作用下的衍射光脉冲复振幅的解析表达式。在静磁波频率和波数相同的前提下, 通过对实际波导结构的计算表明, 基于静磁表面波的磁光共线作用比基于静磁正向体波的非共线作用更易于实现光脉冲压缩; 衍射光脉冲的半极大全宽度(FWHM)对失配斜率的依赖较为敏感。因此, 选用磁光共线作用和优化相位失配因子的频率变化率有助于改善磁光Bragg脉冲压缩器的性能。     

磁光光纤中光脉冲的非线性传播特性研究

根据光纤中磁光效应与非线性效应的微扰理论,推导了磁光光纤中光脉冲的非线性耦合模方程,比较了修正的分步傅里叶算法中磁光效应的时域和频域处理方案,表明了在步长足够小的情况下,两种方案的结果一致.分析了磁光效应、光纤非线性以及色散对光脉冲传输特性的影响,通过改变磁光耦合强度,不但可以灵活控制脉冲形状,还可以改变非线性引起的频率啁啾大小,有助于实现基于光脉冲展宽的动态整形功能.本文给出的理论分析方法,有助于开发可用于光纤通信、光纤传感等领域的基于非线性磁光光纤的新型磁光信息处理器件.     

磁光光纤中光脉冲的非线性传播特性研究

根据光纤中磁光效应与非线性效应的微扰理论,推导了磁光光纤中光脉冲的非线性耦合模方程,比较了修正的分步傅里叶算法中磁光效应的时域和频域处理方案,表明了在步长足够小的情况下,两种方案的结果一致.分析了磁光效应、光纤非线性以及色散对光脉冲传输特性的影响,通过改变磁光耦合强度,不但可以灵活控制脉冲形状,还可以改变非线性引起的频率啁啾大小,有助于实现基于光脉冲展宽的动态整形功能.本文给出的理论分析方法,有助于开发可用于光纤通信、光纤传感等领域的基于非线性磁光光纤的新型磁光信息处理器件.     

室温下Pr0.7Ca0.3MnO3薄膜的瞬态光响应特性

在室温下利用波长532 nm,脉冲宽度7 ns的纳秒脉冲激光研究了不同电压和激光能量密度作用下Pr0.7Ca0.3MnO3薄膜的瞬态光响应特性.在激光能量密度为275.16 mJ/cm2时,其最大电阻变化率达到92.3%,响应时间约36 ns.室温下电压变化对薄膜的光响应特性影响不大,而诱导光能量密度的影响则很明显,能量密度越大,电阻变化越大,响应时间越短,并且电阻变化和响应时间均与激光能量密度呈非线性关系.这种光响应来源于薄膜中的光致非稳态绝缘体-金属相变,有望在新型光电器件上获得应用.     

一级Marx压缩的高稳定纳秒脉冲电源的设计

针对目前缺乏标准纳秒高压脉冲电源的现状,开展高稳定性纳秒高压脉冲电源回路分析、结构设计及性能测试研究。通过建立纳秒脉冲发生器等效电路模型,仿真计算获得5级初级脉冲发生电路参数,以及一级压缩陡化间隙对纳秒脉冲特性的影响规律。通过纳秒高压脉冲电源结构设计及低抖动电晕稳定开关特性研究,建立高稳定输出的纳秒脉冲电源系统。研制纳秒电阻分压器,建立基于ns及μs量级传递校准测试相结合的刻度因数标定方法,准确获得纳秒电阻分压器的刻度因数。脉冲电源输出特性测试结果表明：纳秒脉冲电源系统可以输出上升时间2.3 ns±0.5 ns、幅值范围10～60 kV的指数纳秒脉冲;输出脉冲电压在全幅值范围内的相对标准偏差不大于±1.5%。     

High speed imaging of nanosecond-pulse dielectric barrier discharge in atmospheric air

使用上升沿40 ns、脉宽70 ns的重复频率单极性纳秒脉冲电源,采用双水电极结构产生大气压空气中介质阻挡放电.测量了纳秒脉冲下介质阻挡电压和电流,并获得长曝光时间和ns级曝光时间的放电特性,采用曝光时间为2 ns的高速摄影拍摄放电发展过程.结果表明:大气压空气中,水电极结构纳秒脉冲介质阻挡放电能够产生稳定均匀的放电等离子体,且存在二次放电.高速摄影对放电发展过程的拍摄结果表明:放电首先由电极中部开始发展,径向扩展至整个电极范围.     

基于磁开关和带状线的长脉冲超低阻抗脉冲发生器(英文)

设计了一台基于磁开关和带状线的超低阻抗长脉冲脉冲发生器。设计输出脉冲电压20kV,电流40kA,脉宽230ns,由初级储能系统、脉冲变压器、磁开关、带状脉冲形成线、轨道开关和负载组成。脉冲发生器的关键设备是40kV级磁开关,它能将40kV,10μs的脉冲压缩为40kV,2μs的脉冲;超低阻抗卷绕型带状脉冲形成线,其特性阻抗0.5Ω,电长度115ns,由铜带和聚酯薄膜卷绕而成,为全固态化脉冲形成线。在大功率匹配负载上得到了电压17.8kV,电流35.6kA,脉宽约270ns的准方波脉冲。实验结果与理论计算及数值模拟结果基本一致。     

快前沿变压器充电型磁压缩器的分析与设计

提出了一种快前沿充电型磁压缩发生器,采用高耦合系数脉冲变压器和无串接二极管型原边绕组设计,降低了变压器的杂散电感,可以对磁压缩电路进行快速脉冲式充电,有利于减少磁压缩装置的级数和体积。采用T模型对快前沿变压器充电型磁压缩器的电路进行了等效变换,分析了系统设计的原则。结果表明:系统的等效压缩增益远大于1;磁开关应选用高导磁材料。满足上述条件,磁压缩装置的充电效率和预脉冲现象才能获得理想值。研制了一台快前沿变压器充电型磁压缩脉冲发生器,3 nF电容负载上获得前沿时间为990 ns、幅值为50 kV的脉冲,预脉冲约2 kV,磁压缩器的电压效率为98%。     

一种基于级联半导体光放大器环镜的光串并转换器

为了实现高速光信号的降速处理,提出了一种基于级联半导体光放大器环镜(SLALOM)的光串并转换器,用于实现将高速串行光脉冲信号转换成低速并行光脉冲信号.该光串并转换器采用串联SLALOM组成,将前一级SLALOM的输出作为后一级SLALOM的输入;SLALOM之间的光传播时延为输入光信号比特周期;设置控制光与信号光脉冲时序,实现各级SLALOM光脉冲并行输出.通过采用1×10光串并转换器实现将80 Gb/s串行信号转换为10路8 Gb/s并行信号,并对控制、信号脉冲光功率和时间偏移量器件参量进行了优化.对于1×10光串并转换器,端口接收灵敏度差异小于10 dB.该光串并转换器光功率损耗小、易于扩展并行端口数目,可用于光通信领域中的高速解复用、光信号处理和光交换系统中.     

1.2 W中红外ZnGeP2光参量振荡器

报导了利用Tm,HoGdVO4激光器抽运双谐振ZnGeP2光参量振荡器实验研究.Tm(5%),Ho(0.5%)GdVO4晶体采用液氮制冷方式,工作在77 K温度条件下.以25 W波长为800 nm的光纤耦合激光二极管抽运,2 μm激光最大平均功率7 W,脉冲宽度小于30 ns, 脉冲重复频率5 kHz到20 kHz可调.非线性频率转换晶体ZnGeP2长15 mm,55?切割,OPO谐振腔为平平腔,腔长约25 mm.在5W的2 μm激光抽运下,脉冲重复频率10 kHz,实现了信号光3.7 μm及闲频光4.5 μm中红外激光输出,参量光脉冲宽度为15～17 ns,最大平均功率大于1.2 W,光-光转换效率为20%.测量参量光输出光束全宽度远场发散角4 mrad,光束质量M2因子小于3.     

可调增益的纳秒脉冲发生器

本文描述采用火花隙开关和一小段水线的中间储能器(简称短水线中储)的纳秒脉冲发生器。通过改变短水线中储的溶液电阻便可获得不同的电压增益(输出电压对直流充电电压之比)。文中讨论了电参数对电压增益系数K影响;给出了短水线输出电压相对值的数学表达式;并在考虑和忽略开关等效孤道电阻的情况下估计了K值。在同轴的模拟装置上进行过一系列试验研究,电压增益可达1.6倍。该装置是一种可以调节增益的高压纳秒脉冲发生器。实验表明该发生器储能 2.7J时可获得50kV的三个触发脉冲,其抖动τ_j<3ns,上升时间τ_R<30ns。作为一种精密触发用的新的纳秒脉冲发生器在此基础上已建立。它可以在重复频率从0.5Hz,1Hz,直到20Hz的条件下连续工作,所达累计充放电次数已分别为 10~7次,5×10~4次和10~8次。这个新的脉冲发生器工作稳定、可靠。加大储能可输出更多的脉冲。本文对研制小型光脉冲电离激光器的脉冲泵浦装置用发生器有参考价值。     

中性原子的表面双磁光阱及其应用

提出了一种新的采用载流导线的表面双磁光阱(MOT)方案(即双U型导线磁光阱方案)。通过改变中间U型导线中的电流大小,即可将一个双磁阱连续地合并为一个单磁阱,反之亦然。详细计算和分析了上述双U型载流导线磁光阱方案的磁场及其梯度的空间分布,研究发现当导线中的电流为600 A,z方向均匀偏置磁感应强度为-4.0×10-3 T时,双U型导线方案产生的两个磁阱中心的磁场梯度约为1.5×10-3~2.5×10-3 T/cm,结合通常制备磁光阱时所用的三维粘胶(Molasses)光束即可在基底表面附近形成一双磁光阱。理论分析表明在弱光近似下,每个磁光阱中所能俘获的85Rb原子数约为106 量级,相应的磁光阱温度约为270μK。由于双磁光阱可以独立制备,所以双U型导线方案特别适用于制备双样品磁光阱,并用于研究双原子样品的冷碰撞性质。