光纤阵列电光开关系统的研制
人类面临的能源危机促使各个国家都在寻找新能源以代替石油、煤、天然气等不可再生资源.而惯性约束核聚变(ICF)则是解决未来能源问题的潜在手段.电光开关是激光核聚变即惯性约束核聚变驱动器所需的关键技术之一.该文提出了一种新型的光纤阵列电光开关,用小口径电光晶体实现了大的通光口径、快的开关速度的ICF驱动系统光开关.研制了一套用于电光开关的高速、高压电光选通系统,通过理论分析和实验两个方面对光纤阵列电光开关的结构及相关特性进行了研究,论文主要完成以下几方面的内容:(1)介绍了大型激光器系统的隔离技术,回顾了普克尔盒电光开关的发展历程,从而引出了研制光纤阵列电光开关的必要性.(2)首先给出了光纤阵列电光开关的系统结构,介绍了系统的各个组成模块,包括基于模拟方法的低压触发电路和基于FPGA的低压触发电路的原理介绍,最后阐述了高速电光选通系统的设计方案.(3)基于FPGA的低压触发电路设计,将整个系统的主要控制部分集成在FPGA中,用数字延时和模拟延时结合的方法解决了高精度、大动态范围的同步延时问题;详细论述了数字延时模块的设计,用FPGA控制微带线的模拟延时模块的设计,以及控制高压模块、高压补偿模块的设计,分析了仿真中需要解决的关键问题.(4)对高压选通脉获取电路的方案进行了对比论证后,选择了基于MOSFET串联结构的高压选通脉冲获取方案;随后对关键的开关器件MOSFET的工作原理、开关特性作了详细的介绍;在分析了MOSFET串联结构存在的问题及解决方法后,给出了项目中采用的高压脉冲获取电路原理及参数计算.经实验测得,高压脉冲获取电路的电压幅度5000 V可调,前、后沿小于30ns,触发晃动小于1 ns,脉冲宽度为100 ns可调的高压矩形脉冲.(5)论文的最后对研制出的光纤阵列面板电光开关的特性参数进行了测量和分析,测得该电光开关的选通时间为100 ns左右,响应时间小于30 ns;动态消光比为500:1,静态消光比为900:1.较好地满足了任务的要求!
- 作者：
- 张蕊利
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)
- 专业名称：
- 物理电子
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2009年
- 导师姓名：
- 赵宝升；田进寿
- 中图分类号：
- TN25
- 关键词：
- 光纤阵列面板；高速电光选通系统；超快高压脉冲；现场可编程逻辑阵列(FPGA)；级联MOSFET
- Fiber Array Faceplate；High Speed Electro-optic Gating System；Ultra-fast High-voltage Pulse；FPGA(Filed Programmable Gate Array)；Stacking MOSFET