降低纳秒脉冲电压下气体开关的抖动对电磁脉冲模拟装置输出稳定性具有重要意义。特别在受条件约束、外触发不便的条件下，自触发开关抖动的降低值得关注。设计了两种自触发开关，包含阴极刻槽开关和预电离开关，并搭建了纳秒脉冲实验平台，分别在40 ns、70 ns 与120 ns三种脉冲前沿下测量了两种开关的击穿电压、时延等参数，通过数据统计与处理，获得了两种开关的击穿电压及时间抖动。实验结果表明：通过阴极刻槽控制发射或者阴极预电离注入的方式均可有效降低开关的击穿抖动；在三种前沿的脉冲电压下两种开关的击穿抖动均在1～1.8 ns之间；在40 ns和70 ns前沿脉冲作用下，阴极刻槽的开关击穿抖动更低，可小于1.2 ns，击穿电压分散性小于1.29%；在120 ns前沿脉冲作用下，阴极预电离开关击穿抖动更低，可小于1.6 ns。

针对目前缺乏标准纳秒高压脉冲电源的现状，开展高稳定性纳秒高压脉冲电源回路分析、结构设计及性能测试研究。通过建立纳秒脉冲发生器等效电路模型，仿真计算获得5级初级脉冲发生电路参数，以及一级压缩陡化间隙对纳秒脉冲特性的影响规律。通过纳秒高压脉冲电源结构设计及低抖动电晕稳定开关特性研究，建立高稳定输出的纳秒脉冲电源系统。研制纳秒电阻分压器，建立基于ns及µs量级传递校准测试相结合的刻度因数标定方法，准确获得纳秒电阻分压器的刻度因数。脉冲电源输出特性测试结果表明：纳秒脉冲电源系统可以输出上升时间2.3 ns±0.5 ns、幅值范围10～60 kV的指数纳秒脉冲；输出脉冲电压在全幅值范围内的相对标准偏差不大于±1.5%。

3~5 μm的中红外激光位于大气窗口，在环境监测、**、医疗、遥感等诸多领域有着重要的应用。利用纳秒量级的1064 nm调Q激光器泵浦扇形掺氧化镁周期极化铌酸锂(MgO: PPLN)，设计了一种高效率、宽调谐纳秒中红外激光输出光学参量振荡器(Optical parametric oscillator, OPO)。通过降低泵浦光的重频，有效地减小了OPO的振荡阈值，在10 kHz的泵浦重频下，OPO阈值为0.4 W。在泵浦功率为4.68 W，晶体极化周期为30.47 μm的条件下，获得了0.833 W的3.4 μm中红外激光输出，对应的光光转换效率为17.8%。实验研究了不同极化周期下的输出波长，实验结果与理论模拟值较为吻合。通过横向移动MgO: PPLN晶体改变其极化周期，在31.05~28.8 μm的调节范围内获得了1 440.7~1607.0 nm的信号光及3 171.1~4 088.1 nm的闲频光输出，其中信号光的脉宽约为8.1 ns。

研究纳秒脉冲下的绝缘子沿面闪络影响因素对电磁脉冲模拟装置绝缘结构设计具有重要的借鉴意义。通过搭建绝缘子沿面闪络实验平台，实验研究了在0.5 MPa的SF₆气体中，脉冲电压波形、绝缘材料和绝缘子沿面场强分布对绝缘子沿面闪络电压的影响。结果表明：绝缘子的闪络电压具有随着脉冲前沿时间减小而增加的趋势；相较于脉冲电压全波，绝缘子在脉冲电压前沿波形耐受下闪络电压较高；聚酰亚胺材料的绝缘性能最好；通过降低绝缘子沿面最大场强，改善电场分布可以有效地提高绝缘子的闪络电压。

掺镱全光纤纳秒脉冲激光器发展迅猛，已经为诸多领域开辟了新的道路，特别是高平均功率、大脉冲能量的纳秒脉冲光纤激光器在激光清洗等领域得到了广泛应用。多路光纤激光合束是实现高平均功率、大脉冲能量激光输出的主要手段，其结构复杂程度取决于单模块激光器的输出特性，提升单模块纳秒脉冲全光纤激光器输出特性对于激光清洗等领域具有重要意义。文中总结了单模块掺镱全光纤纳秒脉冲激光器的研究进展，分析了当前限制其功率和能量进一步提升的主要因素。首先，从主动调Q、被动调Q以及增益开关技术三个层面回顾了纳秒脉冲掺镱全光纤振荡器的研究进展；其次，从大脉冲能量、高平均功率、两者协同发展三个指标层面总结了纳秒脉冲掺镱全光纤放大器的研究现状；最后，从限制高指标掺镱全光纤激光器输出特性的因素出发，展望了其在未来功率和能量提升上的发展趋势。

随着微波光子学的发展，新型光导微波技术利用高重频脉冲簇激光，入射到线性光导半导体器件中产生可调谐高功率电磁脉冲的方式受到广泛关注。SiC光导半导体开关（PCSS）具有高击穿场强，高饱和载流子速率，高抗辐射能力，高热传导率和高温工作稳定性等优点，是产生高重频、高功率、超短脉冲的重要固态电子器件。介绍了一种基于钒补偿半绝缘4H-SiC PCSS的MHz重复频率亚纳秒脉冲发生器。该发生器采用1 MHz，1030 nm可调谐光脉冲宽度的激光簇驱动源，4H-SiC PCSS的厚度为0.8 mm。整系统可得到最大输出电功率176 kW、最小半高宽约为365 ps的MHz重频短脉冲。

百kV/cm高场强纳秒脉冲条件下，采用J. C. Martin经验公式估算SF₆气体击穿场强时，估算值与实验结果差异显著。为了进一步指导高场强脉冲气体开关设计，为开关工作状态调节提供依据，借鉴经典击穿场强经验公式形式建立了百kV/cm场强下SF₆气体开关纳秒脉冲击穿场强和时延与实验参数之间的关系，基于实验数据拟合形成了修正系数的击穿场强和时延经验公式。研究表明，百kV/cm场强和纳秒脉冲条件下脉冲电压斜率对开关击穿特性有重要影响，击穿场强与击穿时延相互关联。百ns至μs脉冲与几十ns脉冲气体放电机理的区别引起放电过程中击穿时延组成发生变化，导致了经典击穿场强经验公式估算值与实验结果的显著差异。修正系数的击穿经验公式可为电磁脉冲模拟器输出开关提供更为精确的工程设计依据。