A 526 mJ Subnanosecond Pulsed Hybrid-Pumped Nd：YAG Laser

A hybrid-pumped Nd：YAG pulse laser with a double-pass two-rod configuration is presented. The focal length of offset lens is particularly studied to compensate for the thermal lens effect and depolarization. For input pulse energy of 141 μJ with pulse duration of 754ps, the pulse laser system delivers 526mJ pulse energy and 728ps pulse width output at lO Hz with pulse profile shape preservation. The energy stability of the laser pulse is less than 3%, and the beam quality factor M2 is less than 2.26.

Dynamic Characteristics in Subnanosecond Breakdown and Generation of Supershort Avalanche Electron Beam

In this paper,subnanosecond-pulse and one-nanosecond-pulse generators are used to study the breakdowns in highly overvolted gaps in atmospheric pressure air.With different cathodes,we measured the applied voltage and discharge current to investigate the dynamic characteristics in the subnanosecond breakdown during the generation of a supershort avalanche electron beam.Especially,characteristics of dynamic displacement current are presented in the current paper,which is detected between the ionization wave front and a plane anode.It is shown that during a subnanosecond voltage rise time,the amplitude of the dynamic displacement current can be higher than 4 kA.It is demonstrated that the breakdown in the air gap is assisted by ionization processes between the ionization wave front and a plane anode.

Subnanosecond current mode detectors for prompt physical process diagnosis

For prompt physical diagnosis, several types of subnanosecond current mode detectors have been developed, including scintillator detectors with large linear output current, GaAs:Cr and InP:Fe photoconductor detectors(PCD), and X-ray diodes(XRD), etc. The characteristic of scintillation light of BaF2 crystal doped with La and of plastic scintillator ST1422 with slow component quencher are described. As for the photoconductor detectors, the main performance of neutron damaged GaAs:Cr and InP:Fe were studied. In addition, the spectral response of an XRD with coaxial leading-out end was also studied. These detectors have been successfully applied to nuclear test diagnosis and ICF research.

High peak power subnanosecond pulse characteristics with different wall structured CNTs in a doubly QML Nd:Lu_(0.15)Y_(0.85)VO_4 laser

By simultaneously employing both an electro-optic modulator and carbon nanotube saturable absorber(CNT-SA)in a dual-loss modulator, a subnanosecond single mode-locking pulse underneath a Q-switched envelope with high peak power was generated from a doubly Q-switched and mode-locked(QML) Nd:Lu_(0.15)Y_(0.85)VO_4 laser at1.06 μm for the first time, to our knowledge. CNTs with different wall structures—single-walled CNTs(SWCNTs),double-walled CNTs(DWCNTs), and multi-walled CNTs(MWCNTs)—were used as SAs in the experiment to investigate the single mode-locking pulse characteristics. At pump power of 10.72 W, the maximum peak power of1.312 MW was obtained with the DWCNT.

Subnanosecond KTiOPO4 optical parametric oscillator intracavity pumped by a Kerr-lens, mode-locked YVO4/Nd:YVO4 laser coupled with an acousto-optic modulator

A Kerr-lens, mode-locked YVO4∕Nd:YVO4laser coupled with an acousto-optic modulator（AOM） Q-switching near1064 nm was employed to pump an intracavity KTi OPO4（KTP） optical parametric oscillator. A subnanosecond signal wave near 1572 nm with low repetition rate was realized. At an AOM repetition rate of 8 kHz, the maximum output power was 165 mW. The highest average pulse energy, the shortest duration, and the highest peak power of a mode-locking signal pulse were estimated to be ～10.3 μJ, ～120 ps, and ～82 kW, respectively.

高压氮气亚纳秒开关放电特性实验研究

利用幅值约220 kV、脉宽约4 ns的高压纳秒脉冲源,对高压氮气亚纳秒气体开关放电特性进行了实验研究.实验结果表明:当气压在3～10 MPa间变化,间隔距离在0.6～1.2 mm间变化时,氮气间隙击穿电压随气压和间隙距离的增大而增大,并随气压的增大略呈饱和趋势,最高击穿电场约为2 MV/cm.开关输出电压波形的上升时间变化范围为145～190 ps,该上升时间随气压、击穿电场以及间隙距离增大而减小.

一种亚纳秒高压脉冲源的研制

本文对一种以亚纳秒高压脉冲放电管为主要元件的脉冲产生电路进行了计算和试验研究,给出了电路的结构参数及选取原则。实验表明所研制的高压脉冲发生电路可产生上升时间小于500ps,幅值不低于4kV的亚纳秒高压脉冲信号,并且具有放电稳定、重复性好、频谱范围广的特点,可作为研究GIS和电力变压器中局部放电信号超高频特性用的信号源。

亚纳秒高压脉冲发生器的研制及仿真

以高压脉冲放电管为开关元件研制了一种亚纳妙高压脉冲发生器,实验和仿真表明该发生器可产生上升时间为360 ps,幅值不低于4 kV的亚纳秒高压脉冲信号,并且具有放电稳定、重复性好的特点,可作为研究GIS和电力变压器中局部放电信号超高频特性用的信号源。

亚纳秒前沿有界波模拟器传输线设计的理论分析与实验

介绍了亚纳秒前沿有界波模拟器的组成、主要技术指标和传输线结构。用时域有限差分法对模拟器的场传播和场分布进行了数值模拟,并实测了工作区域的电场分布。测量结果表明:不同位置处场的上升时间基本不变,约为800 ps,1 m×1 m×1 m工作区域内的电场两侧不均匀性约为10%,前后位置约为±50%,满足技术指标要求,场的分布与数值模拟结果相一致。

亚纳秒前沿高压脉冲信号发生器

提出了一种新型亚纳秒前沿脉冲信号发生器。该机采用了亚纳秒脉冲放电管，全部充放电回路进行同轴安装。整机抗干扰能力强，能产生幅值不低于２ｋＶ、上升时间小于０．８ｎｓ、脉冲宽度达１５０ｎｓ的矩形脉冲。

超宽带皮秒级脉冲发生器

设计了一种超宽带高斯脉冲的脉冲发生器,此脉冲发生器主要由阶跃恢复二极管,FET管和肖特基二极管组成。其中阶跃恢复二极管和短路线用来产生脉冲,FET管用来进行脉冲的放大和脉冲产生、脉冲整形两部分电路间的隔离,肖特基二极管用来减小脉冲的振铃。利用ADS软件对阶跃恢复二极管进行建模,并用其进行脉冲发生器的设计仿真。测试结果表明,皮秒脉冲发生器的脉冲宽度为307 ps,幅度为1.88 V.该窄脉冲的波形对称,而且振铃小,实验结果与仿真结果吻合得很好。

低抖动Marx发生器设计与实验

提出并设计了一种Marx发生器线路,将电路模拟和实验验证结果与传统的Marx线路进行了比较,结果表明,所设计的线路通过保证Marx后级开关上的过电压幅值,来保证开关可靠击穿并减小开关自击穿所需时间,从而减小Marx发生器的抖动和增大工作范围。在此线路基础上,设计了一种用于直线感应加速器脉冲功率系统的Marx发生器,该发生器采用正负双极性直流充电,使用低抖动的场畸变火花隙开关作为脉冲形成开关,最大储能16.87 kJ,最高输出电压450 kV,在一定工作状态下可以达到亚纳秒级的时间抖动。

亚纳秒气体开关工作特性

设计了3种结构的同轴Peaking—Chopping组合型亚纳秒气体开关，以半导体开路开关脉冲源为实验平台，分别对它们的击穿特性进行了实验研究。结果表明：亚纳秒气体开关采用环形组合电极Ⅱ时，可以在1～500Hz稳定工作，输出前沿400ps、后沿320ps、脉冲宽度460ps和电压129．2kV的脉冲。开关输出脉冲的前后沿、脉冲宽度和电压幅度与开关间隙、气压和重复频率等因素有关，亚纳秒气体开关在小间隙（1～2mm）、高气压（约10MPa）时具有良好的重频特性。在开关气压和输入脉冲幅度不变时，输入脉冲上升沿越快，开关的击穿时延越小，击穿电压越高。

一种三传输线型亚纳秒脉冲压缩装置

介绍了一种采用三传输线型形成线压缩技术直接产生高功率亚纳秒脉冲的方法。给出了脉冲压缩的理论分析,设计了相应的脉冲压缩装置,并采用Pspice软件建立了电路模型,计算结果显示脉冲压缩装置的功率增益可达到2.25倍,验证了理论分析。基于现有的CKP1000超宽谱脉冲源,建立了完整的脉冲压缩实验系统并展开实验研究,结果表明:脉冲压缩装置在入射脉冲电压220 k V、脉宽5 ns的情况下,可产生峰值电压295 k V,半高宽约800 ps,前沿400 ps的亚纳秒脉冲,脉冲压缩装置的功率增益约为1.8倍,实验结果与理论值基本相符。

新型亚纳秒高功率半导体开关器件

介绍了一种基于半导体内部的等离子体波理论而设计制造的全固态高功率半导体开关器件——快速离化器件(FID),阐述了FID器件的工作机理。采用传统的电力电子器件的制造工艺技术,研制出了新型亚纳秒快速离化器件。FID器件采用无感裸芯片封装技术,寄生参数小。单个FID器件工作电压>2kV,导通时间<1ns,工作电流高达10kA,抖动<20ps,di/dt超过100kA/μs,重复频率400kHz。具有极易串并联、导通触发脉冲可同步产生、工作特性高度稳定、体积小、重量轻等优点,FID可与DSRD组合应用,当采用MARX电路连接时,可以获得几十千伏以上的高压快速脉冲。FID器件脉冲发生器具有广阔的应用前景。

基于传输线充电技术的高功率电磁脉冲源

为研究高功率电磁脉冲的产生，本文以高阻抗输出的Tesla变压器型高功率脉冲驱动源为充电装置，应用传输线充电技术实现高功率亚ns电磁脉冲的调节，阻抗渐变传输线和同轴波导转换双脊喇叭天线实现亚ns电磁脉冲的有效辐射。研制完成的辐射试验装置能够输出重复频率100Hz，最大场强距离积294KV，频谱分布在0.4～1．0GHz的高功率电磁脉冲。

基于时域有限差分法的亚纳秒有界波模拟器数值模拟及分析

对亚纳秒有界波电磁脉冲模拟器进行了理论分析、数值模拟及实验验证。亚纳秒有界波电磁脉冲模拟器的前沿可以达到亚纳秒,且稳定性较好。电场分布均匀,可以满足各种测试需求。在亚纳秒有界波电磁脉冲模拟器的研制中,采用FDTD(时域有限差分)法结合环路积分法对模拟器传输线场的传播和场分布进行了数值模拟,确定了模拟器的试验工作区域(1 m×1 m×1 m),且模拟器工作区域实际的场分布测量结果与数值模拟结果吻合的很好。

X波段重复频率GW级超辐射相对论返波管

运用超辐射机理,通过粒子模拟设计了X波段超辐射相对论返波管,并在小型Tesla脉冲源平台上开展了实验研究。通过空间功率积分和直接对辐射微波时域波形的分析得到实验结果：在束压350 kV、束流4.8 kA、脉宽3.1 ns、引导磁场2.2 T条件下,产生的微波辐射功率1.4 GW,中心频率9.36 GHz,脉宽500-700 ps,辐射模式为TE11,能在重复频率100 Hz下稳定运行。功率转换效率超过80%。实验结果与粒子模拟结果比较吻合,成功实现了在短脉冲条件下产生重复频率、亚纳秒脉宽、GW级微波辐射。

高压氢气亚纳秒开关击穿特性

在超宽谱脉冲产生辐射系统或脉冲功率源中,常用高压气体开关来产生快脉冲沿的高功率电磁脉冲。为了研究高压氢气亚纳秒开关的击穿特性,通过实验研究了氢气开关在高气压和短间隙距离条件下的击穿特性。开关输入脉冲的峰值幅度约220 kV,脉宽3～4 ns。氢气气压4～13 MPa,间隙距离0.4～1.2 mm。结果表明:开关击穿电压随气压升高而增加,且开关气压达到11 MPa后击穿电压随气压增加的趋势变缓;开关击穿电压随间距增加而增加,平均击穿场强随间距增加而减小,氢气开关平均击穿场强分布在3～7 MV/cm之间;开关导通时间随气压增加略有减小,随间隙距离增加有小幅增加。

传输线充电技术实现高功率亚纳秒电磁脉冲调制

分析比较了阻抗匹配和失配情况下传输线充电的原理和波过程。分析结果表明:失配情况下的最大优点是能够实现脉冲功率增益。应用阻抗为27Ω、长度为540 mm传输线为充电传输线和长度分别为30,45,60 mm、阻抗均为5Ω传输线为被充电传输线进行了对比试验。实验结果表明:在距离辐射天线6 m处,输出辐射场强随低阻抗传输线长度增加而略有增加,最大辐射场强为49 kV/m,考虑气体开关的实际能量损耗,这与理论分析的充电电压和功率增益关系相吻合;长度为45 mm的5Ω被充电传输线的输出脉冲前沿约210 ps,幅度约为150 kV。