本文研究了基于T公司生产的某型号正性光阻, 采用错位叠加紫外曝光工艺, 实现灰阶曝光效果的方法, 最终得到具有特定角度的楔形斜面结构。光阻在进行紫外感光前后, 对紫外光的吸收系数α会发生变化, 根据朗伯比尔定律(Lambert-Beer law), 将楔形斜面结构等效成台阶状结构, 并通过实验计算出使该光阻发生光解反应的临界曝光能量I、光阻感光前后的吸收系数α和α′, 并进一步根据等效模型结构得到错位叠加曝光过程中每步曝光所需能量大小。实验结果表明, 使光阻进行分解反应的临界曝光能量I约为8 mJ, 对紫外光的吸收系数α约为1.14。经过紫外感光后, 光阻对紫外光的吸收系数α′降为原来20%, 进一步根据计算得到的曝光能量进行实验, 最终制作出所需的斜角为32°的楔形结构。错位叠加曝光的方法可以得到具有特定角度的楔形斜面微结构, 而且该过程所需的曝光条件可以根据楔形角度进行计算。

介绍了光刻法石墨烯的制备方法, 分析了光刻工艺过后石墨烯方阻升高的不良机理, 并给出了相应的优化方案。首先, 根据半导体工艺研发制程完成石墨烯图案化工艺方案, 并对工艺方案进行有效优化。接着, 分析了石墨烯光刻法图案化后方阻升高的机理。最后, 通过改善工艺方案, 增加金属湿法刻蚀的步骤, 解决石墨烯方阻升高的问题。实验结果表明: 通过光刻法制得的石墨烯具有更高的图案精细度, 关键尺寸可达到5 μm。双层石墨烯膜的方阻在光刻法图案化后, 通过工艺改善可以保持原始膜最初阻值约330 Ω/□, 甚至可以降低到270 Ω/□左右。光刻法图案化石墨烯技术, 既能保证石墨烯图案尺寸精度, 又可以保持甚至降低石墨烯方阻值, 适合于量产开发。

提出了双路输出的螺旋脉冲形成线(PFL)结构，该结构内置用于充电的高耦合变压器，在螺旋PFL的两端各自输出一个脉冲，副路匹配输出时主路输出脉冲波形具有良好的平顶品质，主路输出脉冲能量占储能的大部分，解决了Korovin提出的螺旋PFL充电问题。对比分析双路输出的螺旋 PFL与SINUS-700/130两种技术路线，结果发现双路输出的螺旋 PFL改善了输出脉冲的平顶质量，输出功率提高29%，但是副路输出占用11%的储能，不易充分利用。

采用横电磁波传输理论，分析了三导体螺旋脉冲形成线（PFL）（包含内筒、螺旋中筒和外筒）的脉冲形成过程，给出了螺旋PFL的波阻抗、慢波系数、输出脉冲的平顶波动幅度等特征参数的计算公式。研究表明:三导体螺旋PFL具有与螺旋传输线同样的波阻抗和慢波系数；螺旋PFL的输出脉冲平顶波动，随着慢波系数或负载阻抗的增大而减小。

提出了一种包含内外筒、细线径、多起端密绕的螺旋脉冲形成线(PFL)结构, 与Tesla变压器有机组合, 构建了长脉冲产生装置, 可以实现较高的能量效率, 并且结构紧凑, 适于重复频率工作。以最大充电电压为结构设计原则, 螺旋PFL波阻抗为12.6倍慢波系数, 且形成线纵横比大于3.1时, Tesla变压器的耦合度能达到0.95; 以形成线最大储能为结构设计原则, 螺旋PFL波阻抗为7.5倍慢波系数, 且形成线纵横比大于2.0时, Tesla变压器的耦合度能达到0.95。实验结果与理论分析吻合得较好。

40 GW重复频率脉冲驱动源是应高功率微波技术发展等需求而设计的一台基于Tesla变压器技术的重复频率脉冲功率装置。40 GW驱动源设计输出功率40 GW,脉宽60 ns,重复频率1~50 Hz,输出功率及重复频率工作状态在一定范围内可调。介绍了40 GW高功率重复频率脉冲驱动源的系统构成、电气及结构参数的确定方法、关键部件的工程工艺技术,并分析了关键绝缘部件的电场分布。已完成驱动源安装并进行了实验调试,其主要单元Tesla变压器的能量效率达到70%,驱动源单次工作状态下输出功率大于40 GW;50 Hz重复频率工作状态下,输出功率20.6 GW,系统工作稳定可靠。

提出了一种结构紧凑的长脉冲发生器,该发生器的螺旋型Blumlein线由内导体(含磁体)、螺旋型中筒和外导体(含磁体)构成,该结构实现了螺旋型Blumlein线和Tesla变压器的一体化。通过对螺旋型Blumlein线的波传输过程分析,给出了慢波系数、开关闭合电流、用于描述形成线闭合开关处界面上波行为的变量因子等参数的计算公式。采用PIC软件对螺旋型Blumlein线的部分波传输过程进行数值模拟,慢波系数等参数的模拟值与计算值基本相符。进行了恒阻抗负载下螺旋型Blumlein线的原理性实验,实验得到的负载波形与编程计算得到的波形基本吻合。

为研究Tesla变压器耦合系数与各参量的关系,采用静磁场分析方法,从柱坐标系磁场Laplace方程出发,推导出磁场级数表达式的系数矩阵方程组,计算出磁芯磁场的轴向分布和间隙磁场的轴向、径向分布。引入了一种平均耦合系数概念--次级绕组每匝线圈具有独立的耦合系数,用全部单匝耦合系数的平均值作为Tesla变压器的耦合系数。重点研究了平均耦合系数与磁芯纵横比、半径比、初级绕组-磁芯长度比、磁芯材料磁导率的相对变化关系。结果表明:增大纵横比、减小半径比是提高Tesla变压器耦合系数的有效方法;增大磁芯材料的磁导率可提高耦合系数,但效果随磁导率增大而降低;初级绕组长度与磁芯长度之比约为0.7时,耦合系数达到最大值。

提出了一种结构紧凑的长脉冲发生器,该发生器的螺旋型形成线包含有磁性材料构成的内导体棒和外屏蔽.形成线通过内置的高耦合Tesla变压器充电,变压器的初级线圈紧靠外磁芯导体,次级线圈位于螺旋中筒和外筒之间.对这种结构的螺旋线进行了特征参数的理论计算和波传输数值模拟,并进行了简单的原理验证实验.实验结果表明:这种设计是合理的、可行的.

采用薄电流层模型讨论了螺旋型Blumlein线的一种结构,该结构由螺线体内筒、螺线体中筒和导体外筒构成.给出了假定外线独立传输电压波时的螺旋型Blumlein线特征参数的近似计算公式,并进行了简单的原理验证实验.理论计算得到的脉冲电压幅值为543 V、脉宽为24 ns,而实验中分流器测到的电压值为471 V、脉宽为30 ns.为了简化计算,理论计算中对外线独立传输的假设条件不严密,由此造成了与实验结果的差异.提出了Tesla变压器和螺旋型Blumlein线相结合的方案:内置高耦合Tesla变压器的单同轴线构成整个外线的一部分.设计结果表明:外径628 mm、总长2.67 m、充电800 kV的螺旋型Blumlein线可实现电压1.07 MV、功率1.53 GW、脉宽93 ns的脉冲输出,理论输出线能量转换效率50%.