随着科学技术的发展，许多科学研究领域及生产部门迫切需要脉冲前沿和持续时间均在亚纳秒（10\(^{-}\)10秒）数量级的电脉冲源和光脉冲源。目前国产的单只雪崩三极管所能产生的电脉冲的前沿较大（约1纳秒），半高宽（即脉冲幅值一半时的脉冲宽度）也较大（约2纳秒），而电脉冲幅值仅有200伏，并且还不能产生亚纳秒光脉冲。虽然锁模激光装置可产生前沿及半高宽分别为1纳秒和2×10-2纳秒的强光脉冲，但由于它设备复杂，价格昂贵和使用不便，在应用上受到一定的限制。本文介绍的根据气体放电原理研制成功的亚纳秒脉冲发生器，具有性能良好、结构简单、使用方便等优点，尤其是它既可作为亚纳秒电脉冲源，又可作为亚纳秒光脉冲源，并可获得同步的亚纳秒电脉冲和光脉冲，因而它在某些新兴学科及军事科学的研究中得到了重要应用。
工作原理及特点
利用气体放电原理，采用高气压下的汞膜电极，可制成亚纳秒放电管，配以专门设计的同轴结构而构成了亚纳秒脉冲发生源，再与直流高压电源安装在一起就组成了亚纳秒脉冲发生器。脉冲放电管的性能以及与同轴结构匹配的程度，决定了脉冲发生器的技术指标。
图1为亚纳秒脉冲发生器的工作原理图。当直流高压加在亚纳秒脉冲发生源上时，由于分布电容C充电，放电管G不能立即着火。当充电电压达到放电管着火电压时，放电管着火面导通，电容C通过放电管迅速向匹配负载R\(_{L}\)放电。放电完毕，放电管熄灭，负载上电流为零，电容C再次充电。周而复始，在负载RL上可获得周期性的输出脉冲。图2（a）为输出电脉冲波形图。另一方面，在放电过程中，放电管内具有大量的特高温的电子气、离子气及中性气体的混合气体，可促使气体分子的大量激发和电离。被激发的分子在向基态跃迁时，以及在电子和离子的复合过程中将产生光辐射，从而形成了光脉冲。亚纳秒脉冲发生源的同轴结构上有一小孔，可输出亚纳秒光脉冲。图2（b）为输出光脉冲的波形图。由图2可知输出的电脉冲和光脉冲有良好的同步性。
由于输出电压脉冲前沿及脉宽均在亚纳秒数量级，若要观察其波形，必须采用宽频带示波器或具有内同步性能的取样示波器，如SQ－27型（带宽大于1GHz）示波器等。又由于脉冲发生源输出的脉冲幅值较高（通常为几千伏），为此，在接向示波器作观察或测量时，必须加接功率足够大的同轴衰减器（带宽大于2GHz）。
西安交通大学电子工程系研制的亚纳秒脉冲发生器的电脉冲主要技术参量为：
脉冲前沿＜0.35ns
脉冲半高宽＜O.70ns
脉冲幅值：2～3kV。
应用举例
1.作为冲激雷达和探地雷达的电脉冲源
空中目标识别用的冲激雷达和地下目标探测用的探地雷达，是当前国内外十分活跃的重要研究课题。这些雷达装置中的关键部分是高功率亚纳秒电脉冲源。亚纳种脉冲发生器能输出具有冲激响应的高幅值脉冲，因而能够在较大范围内满足冲激雷达和探地雷达进行各种不同目标探测的要求。
2．标定快速光电倍增管的时间特性
在核物理研究、核爆探测和近代实验物理测量等系统中常使用快速光电倍增管。由于上述系统均属快速传输系统，因此必须对光电倍增管的时间特性如电子渡越时间、脉冲上升时间等（均为亚纳秒数量级）进行标定，以保证整个系统的测量精度。利用能产生同步亚纳秒光、电脉冲的亚纳秒脉冲发生器，就能很方便地标定快速光电倍增管的时间特性。其工作原理如下所述。
将脉冲发生源输出的光脉冲送入光电倍增管的阴极，光电倍增管便有一相应的电脉冲输出。将其送入宽频带（或取样）双踪示波器的Y\(_{A}\)端，同时将脉冲源的电脉冲送入示波器的YB端，便可在示波器上观察到2个脉冲波形：第1个脉冲为脉冲源的电脉冲（标记脉冲），第2个脉冲为光电倍增管的输出脉冲。2个脉冲之间的时间间隔即为光电倍增管的电子渡越时间t\(_{1}\)，第2个脉冲的前沿时间即为光电倍增管脉冲上升时间ts，而第2个脉冲的半高宽则为其脉冲响应宽度t\(_{h}\)。由于一般光电倍增管的t1、t\(_{s}\)及th值均在2纳秒以上，而亚纳秒脉冲源提供的同步标记脉冲前沿、半高宽均为亚纳秒数量级，因此，在测量时从示波器上第2个脉冲读出的前沿和半高宽值不必加以修正，十分方便。
3.标定电缆和光缆的传输时间
在高能物理等研究领域，常采用光缆和电缆相结合的脉冲数据传输系统。为了保证纳秒级脉码传输的精度，必须精确标定光缆程和电缆程。图3为标定用测试系统示意图。
脉冲源产生的电脉冲经被测电缆l\(_{e}\)进入示波器的YB通道，脉冲源产生的光脉冲经可变的参考空气光程l\(_{r}\)、快速光敏器件和同轴电缆输入到示波器的YA通道，光脉冲可同时由被测光缆l\(_{c}\)引出耦合到光敏器件。这样，以空气光程为参考，以示波器作为“零点指示器”，根据被测的光缆程和电缆程的长度，改变参考空气光程，使示波器显示的参考脉冲（指脉冲源的光脉冲经空气参考光程后显示的脉冲）与检测脉冲（指脉冲源的光、电脉冲经被测光缆或电缆后所显示的脉冲）同步，而从参考空气光程的长度可得出光缆和电缆的传输时间。这种标定方法由于采用光在空气中的传播速度为基准，而参考光程可由精密加工的光具座来保证其精度，从而可以保证测量的稳定性和精确度。（王桂芹 唐立森）