專利名稱：雙層微帶線光導(dǎo)超短電脈沖產(chǎn)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是“高效光導(dǎo)超短電脈沖產(chǎn)生器”專利申請的分案申請。原申請日920909，原申請?zhí)?2110721.8。
本發(fā)明屬于光電子技術(shù)電脈沖產(chǎn)生器。
現(xiàn)有的光導(dǎo)超短電脈沖產(chǎn)生器是由美國人Auston在1975年提出的(D.H.Auston，Appl.Phys.Lett.，Vol.26，No.3，1975)，它是利用超短光脈沖照射微帶線型光導(dǎo)開關(guān)來產(chǎn)生超短電脈沖的，如圖4所示。這種脈沖產(chǎn)生器的負載電阻等于微帶線的特性阻抗，即RL＝Z0。根據(jù)傳輸線理論，在理想光導(dǎo)開關(guān)情況下，輸出電壓為 式中T＝ (L)/(U) ，L是成形微帶線長度，U是電磁波在微帶線中的傳播速度。由該式可見，這種電路產(chǎn)生的超短電脈沖幅值最大只能等于偏置電源電壓的一半，即最大電壓轉(zhuǎn)換效率η＝[Vout(t)]max/V為50%。這種低轉(zhuǎn)換效率的超短電脈沖產(chǎn)生器在實際應(yīng)用中存在不少問題，主要有1)在要求輸出電壓幅值一定的情況下，偏置電壓的數(shù)值要求很高，這就增加了電源的成本和裝調(diào)的復(fù)雜性。2)因光導(dǎo)開關(guān)上的電壓太高，由于暗電導(dǎo)引起的熱損耗增大，會使器件損壞。針對上述問題，為了提高光導(dǎo)超短電脈沖產(chǎn)生器的電壓轉(zhuǎn)換效率，人們進行了深入的研究。1982年，美國馬里蘭大學(xué)的C.S.Chang從原理上將Blumlein電路的思想引入到同軸電纜超短電脈沖產(chǎn)生器中(Appl.Phys.Lett，Vol.41，No.5，1982)，這種脈沖產(chǎn)生器在理想情況下輸出脈沖的幅值等于偏置電原電壓，最大電壓轉(zhuǎn)換效率可以達到100%。但是同軸線的結(jié)構(gòu)形式在實際應(yīng)用中仍然存在不少問題，例如1)園盤形光導(dǎo)開關(guān)的環(huán)形電極與光照面不同面，對光導(dǎo)開關(guān)導(dǎo)通能量的要求會很高;2)同軸線的電場不均勻，尺寸不能太小，否則容易擊穿。并且，同軸線結(jié)構(gòu)的加工、制造復(fù)雜，難以小型化、集成化;3)同軸線的高頻響應(yīng)較差，影響了脈沖波形的質(zhì)量。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種光導(dǎo)超短電脈沖產(chǎn)生器，它既能有很高的電壓轉(zhuǎn)換效率，又能提高輸出超短電脈沖的波形質(zhì)量，還有體積小，易集成，便于推廣使用等優(yōu)點。
本發(fā)明主要包括偏置電源，負載電阻和電脈沖產(chǎn)生電路。其技術(shù)關(guān)鍵是對其中的電脈沖產(chǎn)生電路采用了微帶線型光導(dǎo)開關(guān)Blumlein電路，即根據(jù)Blumlein等效電路，設(shè)計其微帶線的導(dǎo)體帶，光導(dǎo)開關(guān)和接地板。當(dāng)超短光脈沖照射到光導(dǎo)開關(guān)上時，通過電脈沖產(chǎn)生電路的作用，在輸出負載上產(chǎn)生高效率的超短電脈沖。
以下結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理。


圖1是本發(fā)明的等效電路2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)3是圖2的下層結(jié)構(gòu)4是現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)1中V是偏置電源，Rg是限流內(nèi)阻，RL是負載電阻，K是開關(guān)，Z0是長度為L的兩個傳輸線的特性阻抗，且RL＝2Z0。
參照圖2，本發(fā)明主要由電源V、負載電阻RL、光導(dǎo)開關(guān)1和雙層微帶線Ⅰ、Ⅱ及單層微帶線Ⅲ組成。其中上層微帶線Ⅰ的導(dǎo)體帶2通過光導(dǎo)開關(guān)Ⅰ與下層微帶線Ⅱ的導(dǎo)體帶6相連接，(6的結(jié)構(gòu)如圖3所示)，導(dǎo)體帶6此時還作為微帶線Ⅰ的接地板。微帶線Ⅱ是由其導(dǎo)體帶6與接地板5組成的。微帶線Ⅰ與Ⅱ構(gòu)成了BC區(qū)的雙層結(jié)構(gòu)。微帶線Ⅲ是由其導(dǎo)體帶3與接地板5組成的，并構(gòu)成CD區(qū)的單層結(jié)構(gòu)。微帶線Ⅰ的導(dǎo)體帶2與微帶線Ⅲ的導(dǎo)體帶3相連接。在微帶線的設(shè)計中，應(yīng)保證微帶線Ⅰ與微帶線Ⅱ的幾何長度L在同一介質(zhì)下相等(即為BC區(qū)長度)，微帶線Ⅰ與微帶線Ⅱ的特性阻抗相等，分別為Z01＝25Ω，Z02＝25Ω。微帶線Ⅰ的接地板6的寬度為導(dǎo)體帶2的三倍，且6又作為微帶線Ⅱ的導(dǎo)體帶，它的長度L應(yīng)滿足Δt＝2L/U關(guān)系式，式中Δt為所要求的電脈沖寬度，U為微帶線中電磁波的傳播速度。微帶線Ⅱ的介質(zhì)厚度按照特性阻抗Z02＝25Ω的要求設(shè)計。微帶線Ⅲ是在微帶線Ⅰ、Ⅱ確定了介質(zhì)厚度的情況下設(shè)計的，微帶線Ⅲ的特性阻抗為微帶線Ⅰ與Ⅱ之和，即Z03＝Z01+Z02＝50Ω。為了保證微帶線Ⅰ、Ⅱ與Ⅲ之間的匹配，Ⅰ與Ⅲ的導(dǎo)體帶寬度應(yīng)有一個匹配過渡段。偏置電源V通過限流電阻Rg(或電感)跨接在接地板5和導(dǎo)體帶6之間，負載電阻RL(50Ω)跨接在導(dǎo)體帶3和接地板5之間。
本發(fā)明的工作原理如下當(dāng)超短光脈沖照射光導(dǎo)開關(guān)時，由于產(chǎn)生光致載流子，使光導(dǎo)開關(guān)瞬間導(dǎo)通，通過偏置電源V對微帶線電路進行充、放電，即在負載電阻RL上產(chǎn)生超短電脈沖。根據(jù)圖1所示等效電路理論分析，可以得出在理想光導(dǎo)開關(guān)情況下，輸出超短電脈沖的電壓為 式中T＝ (L)/(U) ，L是成形微帶線長度，U是電磁波在微帶線中的傳播速度。由此可以看出，該電路的電壓轉(zhuǎn)換效率η＝100%。
本發(fā)明的主要優(yōu)點是(1)在理想情況下(即光導(dǎo)開關(guān)的導(dǎo)電電阻為0，電極為歐姆接觸，且無其它電路損耗)，可以實現(xiàn)100%的電壓轉(zhuǎn)換效率;(2)微帶線結(jié)構(gòu)的分布參數(shù)與同軸線結(jié)構(gòu)相比，其影響較小，可以提高帶寬，降低輻射，產(chǎn)生更短的電脈沖和提高脈沖波形質(zhì)量;(3)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)尺寸可以橫向壓縮，便于小型化，集成化，因此可以在各種實際應(yīng)用的微帶型光導(dǎo)開關(guān)器件中得到推廣。
權(quán)利要求
1.一種雙層微帶線光導(dǎo)超短電脈沖產(chǎn)生器，包括有偏置電源，負載電阻，光導(dǎo)開關(guān)和電脈沖產(chǎn)生電路，其特征在于a.電脈沖產(chǎn)生電路主要由上層微帶線Ⅰ，下層微帶線Ⅱ和單層微帶線Ⅲ組成，上層微帶線Ⅰ的導(dǎo)體帶(2)通過光導(dǎo)開關(guān)(1)與下層微帶線Ⅱ的導(dǎo)體帶(6)相連接，導(dǎo)體帶(6)還作為微帶線Ⅰ的接地板，微帶線Ⅱ是由導(dǎo)體帶(6)和接地板(5)組成的，微帶線Ⅰ與Ⅱ構(gòu)成了BC區(qū)的雙層微帶線結(jié)構(gòu)，微帶線Ⅲ是由導(dǎo)體帶(3)與接地板(5)組成的，構(gòu)成CD區(qū)的單層結(jié)構(gòu)，微帶線Ⅰ的導(dǎo)體帶(2)與微帶線Ⅲ的導(dǎo)體帶(3)相連接，且有一寬度變化的匹配過渡段；b.微帶線Ⅰ與微帶線Ⅱ在同一介質(zhì)下幾何長度相等，微帶線Ⅰ與微帶線Ⅱ的特性阻抗相等，即Z01=25Ω，Z02=25Ω，微帶線Ⅲ的特性阻抗為微帶線Ⅰ與Ⅱ之和，即Z03=50Ω，微帶線Ⅰ的接地板(6)寬度為導(dǎo)體帶(2)的三倍；c.偏置電源V通過限流電阻Rg跨接在接地板(5)與導(dǎo)體帶(6)之間，負載電阻RL跨接在導(dǎo)體帶(3)與接地板(5)之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光電子技術(shù)電脈沖產(chǎn)生器，該產(chǎn)生器主要解決現(xiàn)有光電脈沖產(chǎn)生器電壓轉(zhuǎn)換效率低、不易小型化的缺陷。采用由上層微帶線1，下層微帶線Ⅱ和單層微帶線Ⅲ組成的雙層微帶線結(jié)構(gòu)。上層微帶線Ⅰ的導(dǎo)體帶(2)通過光導(dǎo)開關(guān)(1)與下層微帶線Ⅱ的導(dǎo)體帶(6)相連，導(dǎo)體帶(6)還作為微帶線Ⅰ的接地板，微帶線Ⅱ由導(dǎo)體帶(6)和接地板(5)組成，微帶線Ⅲ由導(dǎo)體帶(3)與接地板(5)組成。微帶線Ⅰ與微帶線Ⅱ的特性阻抗相等，即Z
文檔編號H03K3/00GK1112311SQ94113358
公開日1995年11月22日 申請日期1994年12月27日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月27日
發(fā)明者石順祥, 鮑吉龍, 詹玉書, 楊德順 申請人:西安電子科技大學(xué)