电光开关驱动控制优化：从基础原理到案例分析

电光开关依据引起介质折射率变化的机理不同又可以分为两类：第一类利用直接电光效应，包括泡克耳斯（Pockels）效应和克尔（kerr）效应的光开关，如用LiNbO₃材料和InP材料制作的电光开关。这类开关速度很快（皮秒／纳秒量级），由于要正确实现开关功能，控制和驱动电路的延迟不能大于开关速度，这就对电路的响应速度提出了比较高的要求。根据其工作原理，采用电压驱动方式，也就是通过改变加在控制区的电压来实现开关动作。典型的驱动参数为输出电压3～5kV，上升延迟小于5ns，脉冲宽度为5～10ns。第二类采用间接电光效应，包括Franz-Keldysh效应和等离子色散效应（Plasma Dispersion Effect）的光开关。如硅材料电光开关就是利用了等离子色散效应，通过外加电场注入载流子改变折射率来实现开关功能的。这类开关的速度比第一类稍慢（纳秒量级），对控制部分的要求也稍低，采用电流驱动方式。DSRD性能优良，成为第一类电光开关驱动和控制电路首选。

图4-94为用DSRD构成的第一类电光开关的驱动电路图，当DSRD通以正向电流时，S₁闭合，C₁、L₁和DSRD组成回路1，L₁存储能量。当电流反向时，S₂闭合，L₂存储能量。DSRD的反向恢复时间被设计成与反向电流的峰值出现时间一致。这样，当存储的能量达到极大值时，DSRD近似开路，所有的能量被送至输出端，电路输出一持续时间极短的尖峰脉冲（纳秒量级）。电路的最大特点是电压放大倍数高，因此输入电压可以很低，降低了控制部分的设计难度。Fast Transitions公司报道的利用DSRD制作的电光开关驱动电路上升延迟为300ps，输出电压的峰值达到15kV。

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图4-94 采用DSRD构成的第一类电光开关的驱动电路