一种磁偏置弱光触发大功率光导开关的制作方法

本发明涉及脉冲功率技术领域，尤其涉及一种磁偏置弱光触发大功率光导开关。

背景技术：

光导开关是脉冲功率装置的关键部件之一，其性能对脉冲功率装置的性能有重要影响。大功率光导开关具有闭合时间短、时间抖动小、重复频率高、光电隔离和单位体积功率容量大等优势，在脉冲功率领域有广阔的应用前景。但是一般的大功率光导开关需要输出光能量较高的激光器作为触发光源，故体积重量较大且成本较高，而工作于非线性模式的光导开关虽然可以采用体积重量较小且成本较低的高功率激光二极管作为触发光源，但是导通过程形成的丝电流放电导致其大功率工作条件下工作寿命相当有限。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出一种磁偏置弱光触发大功率光导开关，采用磁场产生元件产生的外部磁场使得光导开关内部载流子运动方向发生偏转，从而增加高速载流子引发的雪崩电流丝直径，并使得电流丝发生横向移动，以达到提高弱光触发大功率光导开关工作寿命的目的。

本发明的技术方案如下：

一种磁偏置弱光触发大功率光导开关，包括光导开关以及：

绝缘介质，所述光导开关浸没于所述绝缘介质中，所述绝缘介质用于增加所述光导开关的沿面耐压强度；

绝缘容器，所述光导开关和所述绝缘介质均置于所述绝缘容器中；

磁场产生元件，所述磁场产生元件置于所述绝缘容器外侧，且所述磁场产生元件所产生的磁场垂直于所述光导开关的内部电场；一方面，使得所述光导开关内部电子倍增方向发生偏转，从而增加载流子雪崩的横向截面积，以达到降低导通过程电流丝电流密度的目的；另一方面，能够对已经贯通的电流丝产生洛伦兹力，使其在所述光导开关横截面方向(即方向)移动，以防止电流丝对同一位置长时间烧蚀，从而提升所述光导开关的工作寿命；

触发激光，所述触发激光用于控制所述光导开关的导通。

进一步的，所述光导开关处于非线性工作模式。

进一步的，所述光导开关的触发光能为数微焦至数十微焦。

进一步的，所述光导开关的触发光能由光导触发源提供，所述光导触发源直接照射或者通过光纤向所述光导开关传送光能。

进一步的，所述光导触发源包括激光二极管或激光器。

进一步的，所述激光器进行多路分光触发多路所述光导开关。

进一步的，所述绝缘介质包括变压器油、电子氟化液或透明环氧包封料。

进一步的，所述磁场产生元件包括永磁铁或电磁铁，所述电磁铁能够在不同工作时间更换电流方向以改变磁场极性，使洛伦兹力方向改变以均衡对光导开关横截面方向的损伤。

本发明的有益效果在于：

1)本发明提供的一种磁偏置弱光触发大功率光导开关，采用激光触发，触发控制与高电压实现光电隔离，可使用光纤传输触发光能，省去了复杂的准直和对光等操作，易于控制触发时刻；

2)本发明提供的一种磁偏置弱光触发大功率光导开关，采用磁场偏置使得光导开关内部电子倍增方向发生偏转，从而增加载流子雪崩的横向截面积，降低导通过程电流丝电流密度，从而提升大功率非线性光导开关的工作寿命；

3)本发明提供的一种磁偏置弱光触发大功率光导开关，采用磁场偏置使得已经贯通的电流丝受到洛伦兹力的作用而在光导开关横截面方向(即方向)移动，以防止电流丝对同一位置长时间烧蚀，从而提升大功率非线性光导开关的工作寿命。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明实施例一中磁偏置弱光触发大功率光导开关工作原理示意图；

图2为本发明实施例二中磁偏置弱光触发大功率光导开关工作原理示意图；

图3为本发明实施例三中磁偏置弱光触发大功率光导开关工作原理示意图；

附图标记说明：

1-高压电容，2-绝缘容器，3-绝缘介质，4-光导开关，5-磁场产生元件，51-电磁铁，52-下部磁场产生元件，53-上部磁场产生元件，6-触发光源，7-负载电阻。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，一种磁偏置弱光触发大功率光导开关，包括绝缘容器2、绝缘介质3、光导开关4、磁场产生元件5、和触发光源6，所述光导开关4浸没于绝缘介质3中，光导开关4和绝缘介质3一并置于绝缘容器2中，磁场产生元件5位于绝缘容器下方，磁场产生元件5产生的磁场与光导开关4承受的电场方向垂直，触发光源6透过绝缘介质3照射到光导开关4上表面。

在上述技术方案中，当触发光源6照射到光导开关4后，产生光载流子，并在高偏置电场的驱动下发生载流子雪崩，磁场产生元件5的磁场使得光导开关4内载流子发生偏转，从而载流子雪崩的横向截面积；已经形成的贯通电流丝则在磁场产生元件5的磁场产生的洛伦兹力左右下，沿方向移动，从而避免电流丝对同一位置的长时间烧蚀，故该种技术方案可以提高弱光触发大功率光导开关的工作寿命。

优选地，所述光导开关4为体结构的半绝缘gaas光导开关，长宽高为6mm×6mm×3mm，电极位于两个侧面。

优选地，所述光导开关4处于非线性工作模式，所需触发光能仅为数微焦至数十微焦，可以用高功率激光二极管触发，也可以通过多根光纤分别对多个光导开关4传送光能，从而形成多个光导开关。

优选地，所述绝缘介质3可以是变压器油、电子氟化液、透明环氧包封料、六氟化硫等。若选用六氟化硫等气态绝缘介质时绝缘容器2可以密封且能让触发光源6穿透。

优选地，所述磁场产生元件5是永磁铁，示例性地，是长宽高为20mm×10mm×5mm的一块钕磁铁，可以通过调节磁场产生元件5与光导开关4的距离从而调节光导开关4的偏置磁场大小。

实施例二

本实施例提供了一种类似实施例一的实施方式，差别在于磁场产生元件5是采用电磁铁51，如图2所示，包括绝缘容器2、绝缘介质3、光导开关4、电磁铁51和触发光源6，所述光导开关4浸没于绝缘介质3中，光导开关4和绝缘介质3一并置于绝缘容器2中，电磁铁51位于绝缘容器下方，电磁铁51产生的磁场与光导开关4承受的电场方向垂直，触发光源6透过绝缘介质3照射到光导开关4上表面。

优选地，所述电磁铁51是螺线管电磁铁，可以通过调节其馈入电流的方向和大小从而调节光导开关4的偏置磁场大小和方向；

优选地，所述电磁铁51是螺线管电磁铁，可以通过在不同工作时间更换电流方向以改变磁场极性，从而达到均衡对光导开关横截面方向损伤的效果。

实施例三

如图3所示，在本实施例中，包括绝缘容器2、绝缘介质3、光导开关4、下部磁场产生元件52、上部磁场产生元件53和触发光源6，所述光导开关4浸没于绝缘介质3中，光导开关4和绝缘介质3一并置于绝缘容器2中，下部磁场产生元件52位于绝缘容器下方，上部磁场产生元件53位于绝缘容器上方，上部磁场产生元件53为中空结构，下部磁场产生元件52与上部磁场产生元件53产生的磁场方向同向且光导开关4承受的电场方向垂直，触发光源6通过上部磁场产生元件53透过上部磁场产生元件53中空位置，再透过绝缘介质3照射到光导开关4上表面。

优选地，所述上部磁场产生元件53和下部磁场产生元件52可以是永磁铁或电磁铁；示例性地，下部磁场产生元件52是直径15mm厚度4mm的一块钕磁铁，上部磁场产生元件53是一块直径15mm厚度4mm且中心孔直径为4mm的一块钕磁铁,可以通过调节磁场产生元件5与光导开关4的距离从而调节光导开关4的偏置磁场大小。

优选地，所述上部磁场产生元件53和下部磁场产生元件52也可以是中空的螺线管电磁铁，可以通过在不同工作时间更换电流方向以改变磁场极性，从而达到均衡对光导开关横截面方向损伤的效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是有线连接，也可以是无线连接。