相比传统边发射激光器,垂直腔面发射激光器(VCSEL)光束质量高、可靠性高,在激光雷达测距(LiDAR)领域有广泛的应用前景。主要研究直插式TO(transistor outline)封装VCSEL和裸芯片VCSEL在窄脉冲大电流条件下的发光特性,通过Pspice参数扫描分析结合实验结果和理论计算,比较了两种封装激光器的杂散参数大小,并分析了其对激光器发光特性的影响。推导出了脉冲条件下VCSEL的功率转换效率公式,并分析了杂散参数对VCSEL功率转换效率的影响。

基于固态Marx叠加器结构,提出了一种使用电感作为储能元件的新型电流源设计。为此改变了固态Marx叠加器的基本单元结构,阐述了设计原理,给出了控制方式,并进行实验验证了其可行性。此电流源能够产生拥有良好平顶、快速上升沿和下降沿的窄电流脉冲,且不受一定范围内变化的电阻负载的影响; 同时本电源还具有控制方式简单、运行可靠等特点。

为满足直线变压器驱动源(LTD)中大规模开关同步触发的技术需求，提出了一种采用逆LTD结构、基于感应变压器原理的多路LTD开关同步触发技术(LTD-trigger)。它的工作原理类似若干个串联工作的脉冲变压器，即初级输入一个高压快脉冲，通过脉冲变压器的感应耦合后在次级输出多路的同步触发脉冲，且能够与LTD中的气体开关形成很好的对应关系。与传统的触发技术相比，LTD-trigger的同轴结构有效地减小了触发脉冲的延时与抖动，并且通过合理设计，能够满足LTD模块对于同步触发的要求。分析了LTD-trigger的工作原理，建立了电路模型和仿真模型，通过仿真结果和一些故障模式分析，结合已开展的初步实验结果，验证了同步触发技术的可行性。

提出在典型一阶磁脉冲压缩电路的基础上，测取磁芯在实际工作条件下的动态磁滞回线和饱和磁导率等磁参数，再根据所获得的动态参数指导磁开关设计，进行一阶磁压缩实验。实验选取国内外被广泛应用的非晶磁芯和纳米晶磁芯进行测试，根据实测动态磁参数设计磁开关。实测结果表明：用国产非晶磁芯做磁开关可得到上升沿73 ns、电压幅值28.3 kV、半高宽为503 ns的脉冲，用日本产的纳米晶磁芯做磁开关可得到上升沿30 ns、电压幅值28.4 kV、半高宽为193 ns的脉冲。

近年来，随着快脉冲直线变压器驱动源（LTD）技术的快速发展，装置中气体开关数目成倍增长，多路开关同步触发技术已经成为制约LTD技术发展的瓶颈之一。分别从电脉冲触发、激光触发及基于光导开关（PCSS）的同步触发3个方面，概述了近年来国际上LTD的发展现状,以及各国为实现多路开关同步触发所做的研究工作，阐述了每种触发方案的优缺点，对多级多通道开关的结构及触发特点与要求进行了调查。结合LTD装置同步触发的现状，对未来相关关键技术进行了探讨和展望。

设计了一种基于全固态MOSFET半导体开关器件的Marx脉冲发生器。充电回路用快恢复二极管代替充电电阻，减小了充电部分功率损耗；将主电路和驱动电路集成在一起，采用自取电模式给驱动电路供电；由光纤传输驱动信号，抑制了放电回路对触发信号的干扰；采用顺/逆时针方向环形分布的紧凑型拓扑结构，不仅减小了回路电感，而且实现了脉冲发生器的小型化与模块化。所设计的Marx发生器充电部分仅需提供900 V低压，用180级单元串联，获得最高幅值为150 kV、脉宽1~5 μs可调的高压快脉冲，前沿控制在500 ns以内。利用该脉冲发生器在50 kΩ电阻和5 pF电容并联的等效负载上进行了一系列实验；比较分析了脉冲发生器工作过程中影响脉冲上升沿的几个主要因素，包括回路电感、MOSFET驱动电压及主回路分布电容等，并讨论了提升脉冲前沿的技术措施。

为了实现在大气压下低触发电压的多通道放电，以阵列微孔阴极结构作为触发装置设计了一种新型纳秒脉冲开关。以激光打孔的双面环氧板为阵列微孔阴极，研究了开关工作系数、微孔阴极放电电流、微孔阴极孔数及微孔阴极孔径对开关触发电压、延迟和抖动时间的影响。实验结果表明：更多的阵列微孔、100 μm的微孔孔径能够降低开关的触发电压，同时高开关工作系数、大触发电流、多阵列微孔能够减少开关的延迟和抖动时间。因此，为了获得更高性能的纳秒脉冲开关，除了对开关结构的进一步改善，这几个影响开关性能的因素是设计开关时应主要考虑的。

利用磁开关来改善全固态Marx发生器的脉冲上升沿,并构建出一套脉冲电源。该套脉冲源包括基于IGBT半桥模块的Marx发生器和由磁开关与锐化电容构成的脉冲陡化电路。该电源用原边一匝的脉冲变压器为IGBT提供驱动信号,并且原副边绕组均采用同轴线以屏蔽电磁干扰;在门极采用无源过流保护的方法,以防止负载短路对IGBT放电开关造成损坏。实验结果表明:在电压10 kV,电流170 A的情况下,脉冲前沿由1.5 μs压缩到了200 ns,同时IGBT的开通损耗由原来的10 mJ降到不足1 mJ。