建立了重频脉冲激光加热/烧蚀半导体材料物理模型, 在不同占空比的重复频率脉冲激光辐照下, 采用有限元方法数值模拟了硅和锗两种半导体材料前、后表面的升温和烧蚀深度变化规律, 考察了材料厚度和物性的影响。模拟结果表明, 材料前表面升温曲线呈齿状, 与金属情形类似; 后表面呈阶梯状, 表现出与金属材料的差异。与连续激光相比, 重频脉冲激光更有利于半导体材料的加热和烧蚀。

为了减小脉冲功率源装置的体积,对三电极气体开关和两电极气体开关的结构进行了小型化设计。采用电磁场仿真软件对局部结构进行优化,对初步设计的触发开关和自击穿开关在不同SF6气压(0～0.2 MPa)、不同开关间隙条件下的击穿电压及触发工作电压等进行了实验研究。结果表明:设计的触发开关和自击穿开关在0～0.2 MPa气压范围内,自击穿电压随气压具有很好的线性关系;自击穿开关间隙为8 mm,改变气压(0.1～0.2 MPa)可实现自击穿电压90～125 kV可调;触发开关主间隙为7 mm,改变气压(0.1～0.2 MPa)可实现触发工作电压40～95 kV 可调;初步估算,触发开关和自击穿开关的工作电感均约20 nH。利用重频脉冲电源,测试了开关的重频工作能力,在工作电压80 kV、导通电流约20 kA的条件下,重复工作频率在20 Hz以上。此外,利用研制的开关构建了八级紧凑型Marx发生器,实现了5和10 Hz重频多脉冲输出。

为了描述重复脉冲激光使扫描型CCD输出视频产生背景条纹的规律, 基于这种背景条纹现象的产生机理对理想矩形脉冲激光产生的条纹建立了数学描述模型。通过该模型, 可根据相机的时间延迟积分级数、单级积分时间和激光脉冲的脉宽、脉冲重复周期等参量之间的关系来判断背景条纹能否出现并计算背景条纹的尺寸参量, 计算精确度为1 pixel。利用重复皮秒脉冲激光和日光灯分别辐照扫描型CCD进行了实验, 验证了上述模型计算结果的正确性。在该模型的基础上, 结合背景光强与脉冲散射光强的关系, 给出了条纹可见度的表达式, 并通过实验验证了该表达式所反映出的条纹可见度随着相关参量变化的规律。

实验研究了聚四氟乙烯薄膜在重复频率纳秒脉冲下的击穿特性,选用脉冲上升时间约15 ns,脉宽30~40 ns,重复频率1~1 000 Hz。测量并计算了击穿前后的电压电流波形、重复频率耐受时间和施加脉冲个数与击穿特性密切相关的参数。结果表明,重复频率纳秒脉冲下聚四氟乙烯薄膜击穿场强为MV/cm量级,重复频率耐受时间随施加场强和重复频率的增大而减小。薄膜本身性质及油浸时间使实验数据具有分散性,重复频率纳秒脉冲下聚四氟乙烯薄膜击穿应考虑重复频率条件下的热积累效应和材料缺陷。