《大功率GaAs光導開關奇特光電導機理研究》是依託中國工程物理研究院流體物理研究所，由袁建強擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：大功率GaAs光導開關奇特光電導機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：袁建強
- 依託單位：中國工程物理研究院流體物理研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
大功率GaAs光導開關在非線性模式下的關斷不可控嚴重製約了其重複頻率運行性能的提高。本項目針對大功率GaAs光導開關的奇特光電導機理開展研究，在已有工作基礎上，通過建立非線性模式下光導開關的電阻模型並與外電路結合進行數值模擬，明確外電路參數對開關光電導特性的影響規律；通過不同參數（波長、脈衝能量）雷射觸發開關的實驗獲取觸發光參數對開關性能的影響；通過不同形狀光斑觸發開關特定區域的研究，分析開關中載流子的倍增過程和複合過程。在建立外電路參數、觸發光參數和開關光電導特性之間內在聯繫的基礎上，認清大功率GaAs光導開關奇特光電導的機理，並提出實現開關可控關斷的方法，推動GaAs光導開關在重複頻率脈衝功率技術中的套用。
結題摘要
大功率GaAs光導開關奇特光電導機理研究有助於進一步理解光導開關的非線性模式並提出開關可控關斷的方法，推動其在重複頻率脈衝功率技術中的套用。本項目著眼於從外電路參數、觸發光參數、光斑形狀、觸發區域等因素出發研究其對開關光電導特性的影響，主要開展了光導開關數值模擬、觸發光參數對開關光電導特性影響規律、利用ICCD診斷開關過程中電流絲等研究。項目研究的主要成果包括： 1、對光導開關電阻模型進行了修正，使用Pspice ABM方法將修正模型與實際脈衝功率電路結合，通過數值模擬研究了GaAs光導開關的光電導特性，與實驗結果結合獲得了光電導特性與外電路參數的關係；基於修正的電阻模型開展了SiC光導開關最小導通電阻影響因素的理論和實驗研究；2、獲得了GaAs光導開關暗態伏安特性曲線及所用GaAs材料吸收深度隨波長的變化曲線，為橫向結構和體結構光導開關的參數設計提供了重要依據；全面開展了觸發光參數對光導開關光電導特性的影響規律研究，並對不同形狀的光斑（包括面狀、線狀和點狀光斑）和處於電極間不同位置的線狀光斑觸發時開關的光電導特性進行了深入研究，該研究加深了對本徵光電導、非本徵光電導的理解，實現了對給定所需電參數光導開關的材料及結構參數的經驗性選擇；3、實驗結果表明光導開關載流子複合時電子躍遷放出的二次光子參與了光電導過程。利用ICCD開展了對光導開關載流子複合輻射的診斷研究，對不同形狀的光斑和處於開關電極間不同位置的線狀光斑觸發等不同情況下GaAs光導開關的電流絲形態進行了比較研究，初步結果表明：當貫穿開關電極的線狀光斑觸發時電流絲最為明顯，靠近陽極區域的平行線狀光斑或點狀光斑觸發時電流絲比靠近陰極區域的光斑觸發時更為明顯，這與開關光電導特性研究結果一致；使用非貫穿的線狀光斑觸發時在光照區域出現電流絲圖像，而無光照區域電流絲不明顯。在對電流絲圖像的研究基礎上提出了光導開關多雷射束觸發調控技術，研製了大於4 kA的大電流光導開關；4、基於對GaAs光導開關奇特光電導特性的深入理解提出了輸出脈衝寬度的調節方法，拓展了光導開關在不同輸出電脈衝寬度固態脈衝功率源中的套用研究，實現了超快脈衝源基本模組（輸出電壓大於10 kV，上升沿約3.8 ns）和長脈衝源基本模組（輸出電壓大於20 kV，輸出電流大於8 kA），探索了其在生物醫學和無損檢測X光機等領域的套用研究。
