半绝缘GaAs光电导开关线性传输特性的研究

实验研究了具有微带同轴联结方式的横向GaAs光电导开关 (触发光源用波长 10 6 4nm、脉宽 15ns的Nd :YAG激光器 ,电极间隙为 2 .8和 4mm)在线性工作模式下的瞬态电压传输效率 (它在开关偏置电压一定时随触发光能量的增加而提高 ,最高可达 93% ) ,并观察到了输出电压波形的双极性现象 ,还用等效电路模型分析了开关的电压传输特性 ,理论与实验结果相吻合。

GaAs光电导开关激子效应的光电导特性

从GaAs光电导开关的激子效应和光激发电荷畴理论基础出发,研究了强电场触发下GaAs光电导开关激子效应的光电导特性;光激发电荷畴与激子效应的相互作用以及激子的形成、传输及离解过程形成自由电子和空穴,为激子激发光电导提供了必要的条件。影响激子效应的光电导特性的主要因素有:激子能级的吸收,束缚激子及光激发电荷畴引起的能带重整化效应,多声子跃迁,束缚激子沿位错线发生分裂和漂移。在上述因素的相互耦合作用下,使得GaAs光电导开关激子效应的光电导呈现出一定的振荡特性。

线性模式下GaAs光电导开关的时间抖动特性

针对线性模式下GaAs光电导开关时间抖动特性的研究,对提高精密同步控制系统的输出性能具有重要意义.根据电脉冲的概率分布和时间与电脉冲波形的对应关系,结合载流子的输运过程,对光电导开关时间抖动进行了定性的理论推导.此外,通过搭建实验平台,利用正交光栅分光,将一束激光同时触发两路并联的GaAs光电导开关,改变触发激光脉冲宽度及外加偏置电压测试开关时间抖动,根据实验值的对比分析,得出在不同的外加偏置电压下,随着触发激光脉冲宽度的减小,开关时间抖动值随之减小.验证了触发激光脉冲宽度对开关时间抖动的影响及理论分析的正确性.研究结果对GaAs光电导开关时间抖动的进一步减小具有一定的指导意义.

不同激光能量涨落对GaAs光电导开关时间抖动的影响

结合激光能量涨落对输出电脉冲涨落影响的实验,通过理论分析研究了激光能量涨落对GaAs光电导开关时间抖动特性的影响。实验中,当外加偏置电压为2 kV时,使用波长为1 053 nm、脉宽为500 ps的激光触发GaAs光电导开关,在不同的激光能量下测试能量涨落对输出电脉冲涨落的影响,通过对比分析指出激光能量的涨落与输出电脉冲涨落成正比关系。结合对光生载流子输运过程的分析,结果表明随着激光能量涨落的增加, GaAs光电导开关时间抖动也会随之增加,直到激光能量达到GaAs饱和吸收限时,能量的涨落不会再引起开关时间抖动的迅速变化。这一结论为GaAs光电导开关应用于条纹相机中提供了理论基础。

GaAs光电导开关时间抖动特性研究进展

GaAs光电导开关是超快激光器与光电半导体相结合形成的一类新型器件,在脉冲功率技术、精同步控制等领域有重要的应用价值。本文介绍了测量时间抖动的主流方法,归纳了触发激光脉冲特性以及外加偏置电压对不同工作模式下GaAs光电导开关时间抖动的影响,并在此基础上分析了时间抖动的产生原因,这为进一步研究开关时间抖动提供理论参考。

利用高速GaAs光电导开关实现腔倒空激光脉冲输出

腔倒空技术是一种有效产生大能量、短脉冲激光输出的调Q技术,其产生的Q开关激光脉冲的宽度主要由谐振腔腔长决定。大孔径半绝缘GaAs光电导开关(PCSS)是一种可耐高压的光控开关,具有响应速度快、时间抖动小、耐压高、暗电阻大、导通电阻小等特点,将其直接作为控制腔倒空激光器的光反馈回路和高电压开关,在腔长为20 cm的氙灯抽运Nd∶YAG电光调Q激光器上实现了激光波长1064 nm、单脉冲能量15 mJ、脉冲半峰全宽(FWHM)为1.7 ns的腔倒空激光脉冲稳定输出,脉冲宽度峰峰值抖动优于7%,能量峰峰值抖动优于3%。

半绝缘GaAs光电导开关的瞬态热效应

实验用波长1064nm,触发光能为1.0mJ的激光脉冲触发电极间隙为4mm的半绝缘GaAs光电导开关,当光电导开关的偏置电压达到3800V时,开关进入非线性(lock-on)工作模式,在偏置电场和触发光能不变的条件下,开关输出稳定的非线性电脉冲,1500次触发后GaAs开关表面出现因丝状电流引起损伤的痕迹.分析认为:在一定触发光能和电场阈值条件下,开关芯片内存在两种瞬态热效应:热弛豫效应和光激发电荷畴-声子曳引效应.热弛豫时间很短,在皮秒甚至亚皮秒量级,热弛豫过程导致了热传导的弛豫行为;当光激发电荷畴以107cm/s的速度从阴极向阳极渡越时,在这两种效应的作用下使得开关芯片瞬态温度变化发生了弛豫振荡现象.光激发电荷畴-声子曳引效应在位错运动方向上传播,声子流携带的热能集中在移动的平面内,使得移动区域温度升高,移动轨迹经多次叠加累积呈现出丝状的损伤痕迹.

雪崩倍增GaAs光电导太赫兹辐射源研究进展

在飞秒激光激励下用GaAs光电导开关作为太赫兹(THz)辐射天线,已经广泛用于太赫兹时域光谱系统,但目前国际上都是使用GaAs光电导开关的线性工作模式,而GaAs光电导开关的雪崩倍增工作模式所输出的超快电脉冲功率容量远大于其线性工作模式,迄今为止,还没有人提出用雪崩倍增机理的GaAs光电导开关作为辐射源产生THz电磁辐射.本文探讨了用雪崩倍增工作模式的GaAs光电导开关作为光电导天线产生THz电磁波的可能性及研究进展.通过理论分析及实验研究,在实验上实现了:1)利用nJ量级飞秒激光触发GaAs光电导天线,可以进入雪崩倍增工作模式;2)利用光激发电荷畴的猝灭模式,可以使GaAs光电导天线载流子雪崩倍增模式的延续时间(lock-on时间)变短.这为利用具有雪崩倍增机理的GaAs光电导天线产生强THz辐射奠定了基础.

沿面闪络和丝状电流对光电导开关的损伤机理

通过对电极间隙为3mm和8mm半绝缘GaAs光电导开关损伤实验研究发现,引起开关损伤的主要机制是沿面闪络和丝状电流。沿面闪络是在高偏置电压条件下GaAs材料在热传导过程中表现的熔化?再结晶现象,对开关造成了致命性损伤;而丝状电流是开关在非线性工作模式下由于存在负微分电导效应(NDC),形成的高浓度电子?空穴等离子体通道,芯片内产热和冷却之间达到了动态平衡,开关处于光控预击穿状态,存在可恢复性和不可恢复性两类损伤。

砷化镓光电导开关混合工作模式

实验中,当偏置电压达到一定阈值时,串联组合(双层)半绝缘(SemiInsulating,SI)砷化镓(GaAs)光电导开关(PCSS)输出为近似方波的双峰脉冲波形。输出脉冲随外加偏置电压的升高,上升时间基本不变,脉宽和下降时间都略有减小,双峰峰值均明显增大,开关呈现出不同于普通单个(单层)开关独特的实验现象。分析认为:串联组合SI GaAs光电导开关和普通单个开关各处于不同的工作模式中,组合开关工作在介于光激发电荷畴(Photoactivated Charge Domain,PACD)和限制空间电荷积累模式(Limit Space charge Accumulation,LSA)(简称限累模式)之间的混合模式,此工作模式使得组合开关中的电场都被扫进阈值之上的负微分迁移率区,抑制了开关进入非线性模式的锁定状态,工作效率较高;而普通开关则工作在光激发电荷畴模式,开关输出电脉冲波形呈现出典型的非线性锁定特性。