基于MOSFET和SRD的百皮秒以下超窄脉冲发生电路

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随着信息技术的飞速发展,半导体脉冲激光器被广泛应用在各个领域。由于光脉冲输出特性可以通过注入的电脉冲信号直接调制,因此电脉冲发生器输出脉冲的宽度、幅值以及重复频率是关键指标。对脉冲发生电路的国内外研究现状进行调研,发现能够实现百皮秒以下的脉冲发生电路相对较少,而市面上产品化的电脉冲发生器成本高昂且体积较大。基于分立器件的脉冲发生器可以克服这些缺点,因此在作为半导体激光器驱动源的方面备受关注。本文的主要工作如下:(1)基于MOSFET开关特性实现了不同的脉冲产生模块,以MOSFET的等效电路模型为出发点,分析影响MOSFET开关速度的因素。通过改变电路参数,分析在不同条件下对输出电脉冲的影响。用不同类型器件以及电路参数对脉冲产生模块优化处理后,可以在2 MHz下输出脉宽1.5 ns,幅度15.6 V的脉冲,在10 MHz下输出脉宽1.73 ns,幅度12.2 V的脉冲。(2)基于SRD的阶跃恢复特性及微带传输线的传输特性实现了脉冲整形模块,测试并分析不同偏置电流、不同微带线长度下对脉冲整形模块的整形性能的影响。在微带线长度3.3 mm,偏置电流30 m A的情况下,将前级模块产生的1.5ns、15.6 V的脉冲整形为80 ps、9.9 V的脉冲,整形比高达18.75:1。(3)用超窄脉冲发生电路驱动实验室制备的高带宽半导体激光器。在不同电脉冲条件下,分析半导体激光器的光脉冲特性,激光器最终够产生脉宽38 ps,峰值功率6.64 m W的激光脉冲。与目前调研发表的相关文献对比,本文先利用MOSFET的开关特性产生高幅度的脉冲,再利用SRD的阶跃特性与微带线的传输特性结合整形前级脉冲,实现了成本低廉、体积小巧的百皮秒以下高幅度超窄脉冲发生电路。最终产生的脉冲在已发表文献中处于相对领先水平,对促进超窄脉冲发生器与半导体激光器集成系统的产业化具有重要意义。
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