GaAs光电导开关是超快脉冲功率装置的关键器件,具有响应速度快、触发抖动低、功率容量大、MHz重复频率、光电隔离特性优良及电流导通时段可调的特点。近年来,紧凑型脉冲功率系统、精同步控制器件、超快电子学、大电流点火装置、THz辐射源等领域对光电导开关的需求，在原有的单通道重复稳定输出的基础上，提出了更高的要求，即通过多个开关的并联或阵列方式，能够同时或按一定时序导通，实现多通道脉冲间的叠加甚至相干合成，以提高输出功率。为此，要求并联或阵列方式的GaAs光电导开关间具有良好的同步性，且单个GaAs开关应具备更低的抖动特性。
　　本文采用理论分析、数值计算和实验验证相结合的方法，分析了触发光对GaAs光电导开关材料的作用机制和电场对载流子瞬态输运的作用机制，提出了与触发光、偏置电场及开关特性相关的GaAs光电导开关的抖动理论公式，系统、深入地研究了GaAs光电导开关时间抖动特性。具体研究内容和结论如下：
　　（1）基于光生载流子的产生和跃迁机制，获得了载流子跃迁方式与GaAs高低能谷间载流子分布的关系，明确了触发光、偏置电场和GaAs材料特性对开关导通特性的影响，比较了GaAs光电导开关不同工作模式的性能指标。
　　（2）结合GaAs光电导开关特殊的能带结构，分析了载流子散射机构与载流子迁移率的关系。分别讨论了GaAs电子温度、漂移速度和高能谷概率和偏置电场的关系，探讨了高能谷概率对载流子漂移速度的影响。
　　（3）基于误差理论和脉冲时域特性，明确了多个开关间的同步精度与单开关时间抖动的内在联系,提出利用双通道时间差测试单开关时间抖动的设计思想和可实现GaAs光电导开关时间抖动测量的实验方法，有效避免了激光器等测试仪器抖动对GaAs光电导开关时间抖动测量精度的影响。提出了与触发光、偏置电场及开关特性相关的光电导开关抖动的理论计算公式，系统探讨了开关抖动性能与触发光脉宽、偏置电场和触发光稳定性的关系，并进行了标定。基于GaAs材料速场特性，对线性模式下GaAs光电导开关的时间抖动特性进行分区域讨论，获得了GaAs光电导开关时间抖动随电场的变化趋势。
　　（4）提出多通道分别储能的同步触发方法,实现了多通道GaAs光电导开关间的等幅输出。实验验证了基于触发光、偏置电场的抖动公式，和基于载流子输运特性及开关结构特性的抖动公式的正确性。利用不同时间样本测量的GaAs光电导开关的抖动结果一致，实验表明双通道时间差的发散性是引起GaAs光电导开关抖动的原因之一。
　　（5）获得了脉宽500ps波长1053nm的触发光在不同分光方式下触发3mm间隙GaAs光电导开关的时间抖动实验规律。首次指出，偏置电场处于GaAs负微分迁移率区的初始端时存在开关抖动极小值，在负微分区内存在开关抖动极大值。光纤色散引起的触发光脉宽展宽是光纤分束法测量抖动较大的原因。推导了高能谷载流子概率变化下的开关时间抖动和电场关系，指出高能谷载流子概率变化率是引起抖动的重要因素。
　　利用本文推导得出的GaAs光电导开关时间抖动理论计算公式，得到了GaAs光电导开关电极间隙和其时间抖动的关系。由于偏置电场不同,使得载流子漂移速度和微分迁移率相应发生变化,导致开关时间抖动因电场不同而存在差异。获得了电场不变条件下触发光斑位置从开关阳极向开关阴极移动过程中，抖动变化量和光斑移动距离的关系，该理论分析与美国空军实验室（AFRL）和圣地亚实验室联合报告的（SNL）的实验结果一致。
　　基于载流子的不同跃迁方式引起载流子数量在GaAs高、低能谷间的分布差异，理论分析了不同载流子散射机构下的GaAs光电导开关抖动特性。指出1064nm光脉冲触发下，不等价能谷间散射所引起的迁移率变化是抖动随偏置电场在负微分迁移率区先增后减的原因。波长532nm光脉冲触发时，高能谷内的谷内散射和载流子的速度饱和效应是开关时间抖动不随电场变化的原因；偏置电场在1~3kV/cm，少数载流子发生谷间散射，使得开关时间抖动减小。