基于微处理器并结合模拟延迟电路以及数字逻辑电路, 设计了分辨率可达5 ns、最小脉宽为65 ns、频率高达1 MHz、且通过上位机可以远程控制的选通脉冲源.用该脉冲源结合选通电源测试了阴极上镀有金属导电基底和没有金属导电基底的ICCD的选通快门时间.结果表明当镀有金属基底时, ICCD具有更短的开启时间.建立相应的等效电路模型和阴极开关过程满足的RC等效方程, 定性分析得出阴极面电阻的减小是使得ICCD开启时间缩短的主要因素.

为满足条纹相机便携化、智能化的发展需要, 研制了一种高适用性的分布式智能控制系统, 实现了对条纹相机工作参量的监测, 对电极电压、扫描工作模式的精确控制以及对图像的采集与处理.基于物联网技术框架与客户端-服务器的结构模式, 实现了有线及无线设备扩展的多机协作功能与移动监控功能.并针对该控制系统, 设计了具有自保护功能的自激型反激式可调高压电源模块, 基于自激式拓扑的简单结构, 实现了电源的小型化, 且线性调整准确度可达1%.采用Nd∶YLF脉冲激光器(脉宽8 ps, 波长526.5 nm)对应用该控制系统的可见光皮秒条纹相机进行标定, 测试得到动态分辨率为12.75 Lp/mm(CTF=14%), 动态范围为234∶1, 时间分辨率达到14 ps.

哈龙1301(三氟溴甲烷)在太阳光辐射下解离生成破坏臭氧的溴自由基, 严重破坏大气臭氧层, 采用有效的措施对哈龙1301排放前进行降解很有必要。 利用密度泛函理论(DFT)在B3LYP/6-311G++(d,p)水平上研究了外电场(0～0.03 a.u.)作用下哈龙1301分子的解离特性和光谱特征, 包括总能量, 键长, 电偶极矩, LUMO-HOMO能隙, 红外光谱以及解离势能面等。 计算结果表明, 在C—Br键连线Z方向上, 外电场从0逐渐增加到0.03 a.u.时, 分子体系能量逐渐减小, 偶极矩在刚开始表现为减小然后单调增大, HOMO-LUMO能隙EG呈现单调递减的趋势, C—Br键键长逐渐增大, C—F键键长逐渐减小。 外电场对CF3Br分子不同振动模式的红外光谱影响不同。 在外电场作用逐渐增强下, 解离特性表现为: CF3Br分子的C—Br键方向扫描得到的势能曲线的束缚状态逐渐被消除, 势垒逐渐变小最后消失。 计算发现强度为0.03 a.u.的外电场足够使得CF3Br分子发生C—Br键断裂而降解, 该结果为保护环境而对哈龙进行电场降解提供重要参考依据。

为了研究外电场对氯甲烷分子光谱和解离特性的影响,采用密度泛函理论(density functional theory, DFT)B3LYP方法在6-311++G(d,p)基组水平 上研究了不同外电场(－0.03～0.03 a.u.)对氯甲烷分子结构以及解离特性的影响,包括键长、分子能隙、红外光谱以及解离势能面等。 计算结果表明,随着Z方向(C-Cl连线方向)外电场从－0.03 a.u.逐渐增加到0.03 a.u., C-Cl键的键长逐渐增大而C-H键的键长几乎不变, 分子能隙EG先增大后减小,当外加电场等于0.01 a.u.时达到峰值。 C-Cl 伸缩(stretching, STR) 振动的频率是逐渐减小的, 而红外 光谱(infrared, IR)振动强度是逐渐增加的。 通过进一步计算研究发现, 随着外电场(0～0.03 a.u.)继续增强, CH3Cl分子的势能曲线逐渐降低, 解离能逐渐减小。 当外电场大约是0.04 a.u.时解离能最小,发生解离。 因此,可以通过改变外电场来控制CH3Cl分子的降解。

针对高时空分辨的设计要求，分析影响条纹相机中条纹变像管的物理时间弥散、技术时间弥散和扫描电路触发晃动的因素，优化设计了行波偏转前置磁透镜聚焦的条纹变像管系统.利用CST仿真软件研究了行波偏转器内部的时变电磁场分布，计算了行波偏转器内电磁波的传播速度.结果表明，行波偏转器的指长为8 mm、指宽为1 mm、指间距为0.24 mm、管脚长为2.5 mm、板厚为1 mm及总长度为17.12 mm时，实现了电子团的飞行速度与扫描电脉冲沿行波偏转器的传输速度的匹配.采用电子追迹法和瑞利判据分析了条纹变像管的动态时间和空间特性，得到单次扫描动态时间分辨率为200 fs、同步扫描时间分辨率为208 fs、动态空间分辨率优于20 lp/mm.

利用三维电磁仿真软件CST 模拟设计了一款小型电聚焦条纹管，在模拟中采用了正交实验法来确定条纹管各电极间距离及各电极电压。同时，根据条纹管像差定义对其像质进行了全面的理论分析和评价。优化设计的条纹管阴极有效工作面积直径大于28 mm，物理时间分辨率优于30 ps，边缘静态空间分辨率大于20 lp/mm，条纹管放大倍率为1.07，总管长仅为100 mm，管外围直径为50 mm。满足航天、空间探测以及海洋执法等应用领域非扫描式激光雷达技术对大探测面积、超小型条纹变像管的应用需求。

研制了一种短余辉、高分辨率、快时间响应的高速选通超二代像增强器,通过光纤锥与CCD进行耦合成高性能距离选通ICCD,理论分析各部件的性能及其对系统空间分辨率的影响;采用FPGA设计电路控制系统,该系统产生出纳秒级的选通门宽以实现对ICCD的数字控制,同时可以对选通脉冲宽度和延时时间进行调整以实现不同亮度以及距离目标的清晰成像,降低背景噪音以及增大成像的动态范围.此外,该系统具有增益监控和调节功能,信噪比达到20∶1 dB,在超二代像增强器阴极和微通道板输入面之间加幅度为－200 V、宽度为3 ns直流连续可调的选通脉冲以实现对增强器的选通,为了提高光电阴极补充电子的速度,在输入窗内表面光刻有线宽为5 μm、间距为50 μm正方形格栅以保证选通门宽为3 ns时光电阴极有足够快的响应速度,选通频率最高可达到300 kHz,实验测试在微通道板电压为700 V、荧光屏电压为5 000 V时增强器增益可达10 718 cd/m2 lx,ICCD系统空间分辨率达到29.7 lp/mm.

为了减小阿秒脉冲聚焦反射过程的能量损失、降低阿秒脉冲测量过程中由聚焦像差引起的测量误差以及提高阿秒光脉冲光谱分析监测的可操作性, 采用各环节性能分别优化的方法, 设计了一种高能阿秒光脉冲聚焦及光谱分析复合系统, 聚焦及光谱分析元件分别采用镀金掠入射型超环面镜和掠入射型凹面聚焦光栅, 并给出了其具体结构和特性参量。结果表明, 此系统适用于以短脉宽、高能量阿秒脉冲为新型探针的阿秒光谱学研究。

设计了一款长度为265 mm的飞秒条纹管。采用短磁聚焦透镜和行波偏转板，并将行波偏转板置于磁透镜之前以提高偏转灵敏度。采用蒙特卡罗方法对阴极表面理想点和阴极狭缝发射的光电子初始参量进行了模拟抽样，用CST软件的Particle Tracking模块模拟跟踪了光电子的运行轨迹，统计分析了光电子在最佳像面上的位置分布和渡越时间，给出了光电子在最佳像面上的点扩展函数和调制传递函数。计算结果显示，所设计的条纹管阴极有效尺寸达到6 mm，放大率为2.4~2.5，动态空间分辨力大于55 lp/mm。经保守估算，条纹管的时间分辨力有望达到245 fs。

针对多碱光电阴极进行了理论建模和性能模拟，采用层状模型：Na2KSb+K2CsSb+Sb·Cs偶极层，讨论了各层厚度、掺杂离子浓度对多碱阴极能带以及光谱响应特性的影响，结果显示表面K2CsSb和Sb·Cs两层的n型掺杂较高时，能够有效降低表面亲和势，有利于光电子的输运以及逸出。Na2KSb的掺杂离子浓度并非越高越好，主要原因是掺杂离子浓度影响着内建电场强度与范围，内建电场增大使电子扩散距离增加，有更高的几率到达阴极表面，在掺杂离子浓度为1016 cm-3左右时可获得最高灵敏度。分析了厚度对阴极灵敏度的影响，对于特定波长入射光，存在最佳厚度使对应波长的灵敏度最高，且由于内建电场的影响，不同掺杂离子浓度会使最佳厚度有所不同，当内建电场较强时，阴极的最佳厚度增大。对700 nm入射光，在掺杂离子浓度为1017 cm-3以及1016 cm-3时，最佳厚度分别为80 nm和200 nm。