脉冲电场能够使处于其中的生物体产生与生命现象相关的响应。当电脉冲宽度仅为数十ns甚至更短、电场强度高达100kV/cm以上时,电脉冲能够直接对细胞核膜作用,使细胞内部被诱导出与电穿孔效应不同的细胞内电效应,出现结构和功能性改变(如钙离子流失、基因表达增强等),产生细胞程序性凋亡。这种基于超快电脉冲非热效应的细胞内电效应可引起生物体内癌细胞凋亡和肿瘤萎缩,为治愈癌症提供了一种可能的新途径,使其成为近年来物理与生物医学交叉研究领域的研究热点。促进超快电脉冲非热细胞内电效应研究的关键在于纳秒脉冲源技术和细胞试样检测技术的发展。本文选择基于半导体光电导原理的光导开关和基于电磁波传输线原理的固态Blumlein脉冲形成线研制输出脉冲宽度6.9ns的纳秒脉冲源,对可应用于生物医学效应研究的纳秒脉冲源技术途径进行了有益的探索。光导开关是一种新型固体开关,具有闭合时间短(ps量级)、时间抖动小、重复频率高、功率容量大、光电隔离等优势,在脉冲功率技术研究领域已受到广泛关注。本文首先对光导开关的运行机理进行了系统的理论分析和实验研究,采用GaAs和SiC两种半导体材料制作光导开关并开展相关实验,着重讨论了GaAs、SiC光导开关的输出特性。在开关结构和触发方式等方面提出了一些颇具成效的独特设计。研制的电极间隙为10mm的GaAs光导开关,工作电压26.4kV,电流达4.3kA；电极间隙为0.4mm的SiC光导开关工作电压10kV,电流大于90A。结果表明光导开关可用于产生高功率的电脉冲。研制了基于GaAs光导开关和层叠B线电路结构的纳秒脉冲源,通过电路仿真及实验研究了触发光对脉冲源电压效率和前沿的影响。本着减小回路杂散参数以加快脉冲上升沿的原则,设计了纳秒脉冲源的紧凑型物理结构。为提高光导开关的使用寿命,设计了脉冲充电电源对层叠B线充电。对激光器进行分光实现了四个光导开关的同步触发。分别使用纳秒激光器和皮秒激光器作为光导开关的触发光源进行了脉冲源的实验研究。Pspice电路仿真结果表明：开关导通电阻和充电隔离电阻及其连接方式将影响充电效率进而影响输出电压的总效率,开关电感及回路电感对输出波形的前沿影响较大。实验结果表明：纳秒激光器作为触发源,电阻串联充电情况下,充电电压25.8kV时,功率源的输出脉冲上升沿5ns,半高宽12ns,电压幅值53.6kV,总效率52%,脉冲形成效率74%；皮秒激光器作为触发源,电阻并联充电情况下,充电电压23.5kV时,功率源的输出脉冲上升沿4.5ns,半高宽6.9ns,电压幅值53kV,总效率56%,脉冲形成效率69%。分析认为光导开关导通电阻较高是造成功率源的脉冲形成效率较低的重要原因之一。在后续工作中,将探索进一步降低开关导通电阻的可能方法,例如通过开关结构的改进提高光吸收效率、实现更高的载流子增益等。同时,也将对功率源电路结构参数进行进一步的优化,研究提高功率源重复频率、减小输出脉冲上升沿以提高功率源总体性能的技术途径。