1 中国科学院 高能物理研究所 加速器中心，北京 100049
2 中国科学院大学 核科学与技术学院，北京 100049
高能同步辐射光源（HEPS）是国内首台第四代同步辐射光源，包括一个储存环、一个增强器以及一个直线加速器。作为典型的低发射度储存环（LER），其动力学孔径远小于物理孔径，对此选择了一种新颖的在轴置换注入方案。其中，增强器负责实现束流从500 MeV到6 GeV的升能。为了降低增强器引出冲击磁铁的冲击强度，在引出环节之前使用4台凸轨磁铁来辅助冲击磁铁完成这一动作。凸轨磁铁磁场波形要求底宽小于1 ms的半正弦波。根据仿真以及测试结果，采用绝缘栅双极型晶体管（IGBT）串联快恢复二极管的经典LC谐振电路拓扑。此外，设计了能量回收支路，来降低电容在充电过程中功率损耗以及对输出脉冲电流波形的影响。目前，已完成脉冲电源样机的研制与测试，各项结果表明，该脉冲电源能够满足高能光源增强器高能引出系统的各项要求。
高能同步辐射光源 注入引出 脉冲电源 LC谐振 能量回收 HEPS injection and extraction pulser LC resonance energy recovery 强激光与粒子束
2024, 36(2): 025014
1 中国科学院 高能物理研究所加速器中心，北京 100049
2 中国科学院大学 核科学与技术学院，北京 100049
加速器技术的发展，对注入引出系统的kicker脉冲电源提出了新的技术要求。注入引出系统冲击磁铁不仅要求脉冲电压高，底宽达到ns量级，还对波形的稳定性和前后残余电压有很高要求。漂移阶跃恢复二极管（DSRD）因其速度快、工作电流大等优点，在ns级脉冲电源中应用前景广泛，但其工作过程中会存在预脉冲等使脉冲波形偏离理想形态的因素。基于一种已有的DSRD脉冲电源，使用非线性传输线对脉冲进行整形，同时对脉冲的前后边沿进行锐化，缩短脉冲边沿的时间，大幅减小脉冲前后的残余电压，提高电源的性能。完成了一台电源样机的设计和实验，实验结果表明，该样机在50 Ω负载上产生的脉冲幅值约10 kV，前后边沿时间（10%~90%）约2 ns，底宽（3%~3%）小于8 ns。
带状线冲击器 纳秒脉冲电源 漂移阶跃恢复二极管 非线性传输线 strip-line kicker nano-second pulser DSRD non-linear transmission line 强激光与粒子束
2023, 35(10): 105002
1 中国科学院大学 核科学与技术学院, 北京 100049
2 中国科学院 高能物理研究所 加速器中心, 北京 100049
高能同步辐射光源(HEPS)是我国计划建造的下一代基于储存环的高亮度光源, 束流自然发射度已经接近衍射极限。作为典型的低发射度储存环(LER), HEPS的动力学孔径远小于物理孔径, 传统的离轴累积注入已经无法满足要求, 只能采用基于strip-line kicker的在轴注入方案。为了实现逐束团操控, HEPS要求注入kicker脉冲电源底宽(3%~3%)<10 ns, 半高宽(50%~50%)>4.5 ns, 幅度>±17.5 kV(50 Ω负载), 重复频率>50 Hz。高能同步辐射光源验证装置(HEPS-TF)工程研制了一台基于DSRD的双极性快脉冲电源性能样机, 在50 Ω负载上可以获得上升时间(10%~90%)<2.6 ns, 下降时间(90%~10%)<3.2 ns, 半高宽(50%~50%)>5 ns, 底宽(3%~3%)<10 ns, 幅度>±18 kV的脉冲高压, 可以满足HEPS注入基准方案--在轴置换注入的要求。
衍射极限光源 注入引出 在轴注入 带状线冲击器 快脉冲电源 HEPS HEPS DLSR injection and extraction on-axis injection strip-line kicker fast pulser DSRD DSRD 强激光与粒子束
2019, 31(4): 040017
军械工程学院 静电与电磁防护研究所, 石家庄 050003
全固态快沿脉冲源具有小型化、高稳定性、高重复频率、输出功率低等特点,为了克服单个脉冲源输出功率低的问题,利用ADS仿真软件建立了多节蛇形微带线结构的功率合成器,并用实验验证了功率合成的效果。利用两路高稳定度的脉冲子源作为功率合成的两路输入,通过该功率合成器使两路快沿双指数信号合成为一路快沿双指数信号,实现了功率的提高。实验中脉冲子源的幅度为1.1 kV, 前沿约为2 ns,脉冲宽度为10 ns；两路信号合成后,输出电压为1.6 kV, 前沿约为2 ns,脉冲宽度为18 ns。实验验证了该功率合成模块的可行性,该合成模块还可推广至多路的脉冲子源的功率合成,实现提高快沿双指数脉冲功率的目的。
全固态脉冲源 功率合成器 脉冲功率 脉冲宽度 all-solid-state pulser power synthesis module pulse power pulse width 强激光与粒子束
2015, 27(10): 103232
华北电力大学 电子与通信工程系, 保定 071003
为了解决布里渊传感器技术中缺少超高速方波脉冲源的实际情况, 实现总线较小的码间串扰及高速发送器通道较好的信号完整性, 采用对系统中的敏感信号线进行串扰分析、建模及电磁场仿真分析并在此基础上进行制版测试的方法, 提出了一种基于现场可编程门阵列器件的超高速脉冲源的设计方案, 并进行了理论分析和实验验证。通过宽带示波器对实际板路的测量, 取得了脉冲信号不同脉宽的时域波形及眼图数据。结果表明, 输出脉冲的最小脉宽1ns, 最大幅度1.0V, 上升/下降时间均小于300ps, 脉冲宽度在1ns~5ns间可调, 重复频率在1kHz~10kHz间可调。这一结果对超高速脉冲源的设计理论的完善是有帮助的。
传感器技术 超高速方波脉冲源 信号完整性仿真 串扰分析 sensor technique ultrahigh-speed square wave pulser signal integrity simulation crosstalk analysis
研究了一台增益体积为2.48 L,采用pulser/sustainer放电技术激励的高功率长脉冲紫外预电离TE CO2激光器的运转特性。激光器采用普通平凹稳定腔输出或光栅谐振腔调谐输出。在20-40 kPa气压范围,10-50 μs放电脉冲宽度下,均获得均匀稳定的大体积辉光放电和大能量长脉冲激光输出。给出了激光器在不同脉冲宽度、不同气压下的典型放电电压、放电电流波形和详细的激光输出脉冲能量及电光转换效率数据;也给出了采用光栅谐振腔调谐输出时4条主要激光跃迁谱线的输出激光脉冲波形。工作在非调谐谐振腔和激光混合气气压30 kPa时,激光器以50.1 μs放电脉冲宽度工作,单脉冲输出激光能量11.1 J,相应脉冲功率达220 kW;以31.6 μs放电脉冲宽度150 Hz高重复频率工作输出平均功率达1.52 kW,相应平均脉冲能量10.0 J,脉冲功率超过300 kW。
激光器 长脉冲TE CO2激光器 pulser/sustainer技术 光栅谐振腔 高重复频率
采用Marx电路提高雪崩管脉冲源输出脉冲幅度,分析基于雪崩管Marx电路脉冲源的时基稳定度和波形稳定度的影响因素。采用适当的优化措施提高稳定度指标,设计了高稳定度的雪崩管脉冲源,脉冲峰值电压2 000 V(50 Ω负载),脉冲全底宽度5 ns,上升时间400 ps,重复频率达到25 kHz,具有很高的稳定度指标:短时抖动小于30 ps,长时漂移小于100 ps/min,峰值电压和脉冲宽度抖动小于1%。
雪崩管 全固态 Marx电路 脉冲源 高稳定度 超宽带 avalanche transistor all-solid-state Marx circuit pulser high stability ultra-wide band
1 中国科学院 电子学研究所,北京 100190
2 中国科学院 研究生院,北京100190
3 中国科学院 空间科学与应用研究中心,北京100190
在概述高功率半导体开关漂移阶跃恢复二极管(DSRD)的性能特点、工作原理的基础上,详细阐述了其快恢复物理特性的机理,并论证了快恢复过程需满足的条件。结合DSRD快速关断特性与电容电感储能特性,通过复杂可编程逻辑器件产生外触发时序控制信号,设计了一款质量轻(小于1.5 kg)、体积小(13 cm×9 cm×8 cm )、性能稳定可靠(抖动小于1%)的高压窄脉冲超宽带雷达发射机。实验结果表明,单管电路所产生的脉冲幅度可达1 kV,半脉宽小于10 ns,重复频率高于10 kHz,可应用于超宽带无载波脉冲探地雷达系统中。
超宽带 探地雷达 高功率脉冲源 漂移阶跃恢复二极管 ultra-wideband ground penetrating radar high power pulser drift step recovery diodes 强激光与粒子束
2009, 21(12): 1854
详细研究了一台增益体积为1.17 L, 采用pulser/sustainer技术激励的高重复频率长脉冲紫外预电离TE CO2激光器的运转特性。激光器最高脉冲重复频率100 Hz, 输出激光脉冲半峰全宽(FWHM)约23.0 μs。实验记录了稳定辉光放电与有起弧的辉光放电时激光器的放电电压/电流波形; 测量得到当sustainer充电电压从12 kV到30 kV时, 激光器输出脉冲能量从约0.40 J变化上升至约4.0 J, 观察到在同一sustainer充电电压下, 激光器输出平均功率随脉冲重复频率线性变化; 监测到激光器以sustainer充电电压22 kV, 重复频率100 Hz连续工作10 min时, 输出平均功率仅从最大257 W下降至247 W。实验数据表明, 与采用低感快脉冲放电激励相比, 这种新型的长脉冲TE CO2激光器具有增益开关效应小、输出动态范围大、“起弧适应性”好、输出平均功率下降慢等特点。
激光技术 长脉冲TE CO2激光器 紫外预电离 pulser/sustainer技术 高重复频率
1 中国科学院电子学研究所,北京,100080
2 中国科学院研究生院,北京,100039
采用光栅谐振腔,对基于Pulser/Sustainer技术的紫外预电离长脉冲TE CO2激光器的调谐特性进行了实验研究.在增益体积为1.17 L,激光混合气体比CO2:N2:He=1:5:19的条件下,比较了刻槽密度分别为80、120、150 line/mm的光栅在不同工作气压和激励电路条件下的激光器调谐特性,其中,120 fine/mm的光栅谐振腔可以输出75条激光谱线,4条主要谱线(9R(20)、9P(20)、10R(20)、10P(20))输出能量与采用全反铜镜的非调谐谐振腔激光器输出能量相当.深入实验研究了120 line/mm光栅谐振腔激励电路和工作气压对长脉冲TE CO2激光器调谐特性的影响.
激光技术 长脉冲TE CO2激光器 调谐特性 紫外预电离 Pulser/Sustainer技术
