对于光纤锥或光纤面板耦合的CCD相机所获图像中存在的响应非均性问题进行了阐述,分析了CCD相机输出信号的构成情况和图像传递间的响应关系,并给出了相应的表达式.利用平场校正方法对存在较严重非均性的图像进行了处理,处理过程分为三步:首先获取系统的暗本底图像(包括了暗电流及系统偏置),所选择的积分时间与被用来校正的图像的积分时间相同;其次,获取均匀光场的图像,并将其作为平场校正的参考图像;最后扣除本底,用相对标定的方法对图像进行校正,从而获得图像各像素响应率的相对标定系数,再用它对原始图像进行平场校正即可获得很好的结果.校正后的图像更清晰,噪声更小,很多细节都能在灰度图像中直接看出,经过边界处理和伪彩显示后可清晰地看到小于0.1mm的细缝,达到了图像精密处理的效果.

将速率方程(RE)模型与化学动力学模型相结合,讨论了增益饱和模型与化学反应系统对COIL性能的影响.流动为预混的一维模型,考虑了10种成分和21个化学反应,分析计算了未分解碘分子,激发态氧产率,水含量以及温度等因素对COIL性能的影响.计算结果表明,碘流量过多,混合和反应过程中消耗大量能量;碘流量过低,导致粒子数反转和增益过低,对于能量的提取不利.

用光强沿x轴方向呈线性变化的方形环状光束模拟高功率激光,利用自编四维仿真程序对高功率激光在光束控制系统中的传输作了详细的数值计算研究.结果表明:热效应使远场光束的峰值光强和可聚焦能力下降.入射光强的非均匀分布进一步降低峰值光强和可聚焦能力,导致远场光束重心和峰值光强位置移动,并产生像散.光束的非均匀程度越高,远场光束质量越差.横向风和轴向风对热效应均有抑制作用.然而,轴向风不会引起远场光束重心偏移和像散,但是轴向风比横向风建立稳态所用时间更长.

在1.2×10¹³W·cm^-2低功率密度下,对基频激光预主短脉冲驱动类镍银X光激光机理进行了数值模拟和理论分析.证实了在靶长23mm范围内X光激光都能获得有效放大,取得了和实验相符合的结果.考虑了单柱面镜线聚焦沿靶长度方向功率密度的非均匀性对X光激光放大的影响,采用弯曲靶能有效克服折射以及单柱面镜线聚焦功率密度非均匀带来的不利影响.理论模拟给出的类镍银X光激光的出光下限泵浦功率密度也与实验符合得很好.理论模拟还表明,采用1%左右的预脉冲强度并对预主脉冲时间间隔进行优化,X光激光的输出能量和能量转换效率将获得大幅度提高.

采用单脉冲激光进行了大气环境下激光烧蚀小钢珠实验,得到其推进效应参数,发现并分析了钢珠在不同放置位置(焦前与焦后)时不同的物理现象;为了得到一系列定量实验数据,采用自行研制的激光冲量靶仪进行了单脉冲激光烧蚀推进效应实验测试,得到了不同环境条件、不同靶材料的激光推进效应参数,并与国外的实验数据以及数值计算结果进行了比较.实验表明,靶材料和激光功率密度是影响冲量耦合系数的主要因素,冲量耦合系数随环境气压的降低而升高.

北京大学射频超导实验室设计了新型超导光电子枪--DC-SC光阴极注入器,目标是为自由电子激光平台提供能量在2～3MeV,脉宽小于10ps,脉冲重复频率为81.25MHz,平均流强约为1mA的低发射度电子束.现在已经建成了DC-SC光阴极注入器实验平台,包括激光驱动光阴极系统,Pierce直流高压加速结构,1.3GHz 1+1/2纯铌超导腔,恒温器低温系统,4.5kW连续波微波系统,1/16分频与同步控制系统,束流诊断系统和能量分析系统等.并且完成了超导腔的静态实验,直流加速结构也经过了100μA低电流测试.实验结果符合设计要求,整体调试后即可以进行束载实验.

采用电子束蒸发沉积技术制备了355nm Al₂O₃/MgF₂高反射薄膜,并在真空中进行不同温度梯度的退火,用X射线衍射(XRD)观察了薄膜微结构的变化,用355nm Nd:YAG脉冲激光测试了薄膜的激光损伤阚值,用Lambda 900光谱仪测试了薄膜的透过和反射光谱.结果表明在工艺条件相同的条件下真空退火过程对薄膜的性能有很大的影响,退火温度梯度越小的样品,吸收越小,阈值越大,并且是非晶结构.选择合适的真空退火过程可以减少355nm Al₂O₃/MgF₂高反射膜的膜层吸收,提高薄膜的激光损伤阈值.

利用光腔衰荡光谱技术,建立了氧碘化学激光器腔镜高反射率的精密测量系统.对用直型衰荡光腔时可能影响测量系统精度的各种因素进行了系统的实验研究.采用直型和折叠型衰荡光腔,检测了氧碘化学激光器高反腔镜在1.315μm的反射率.实验测得COIL凹面高反腔镜反射率为99.770%;平面高反镜反射率为99.917%,测量精度约为10^-5.结果表明,该系统可以精密测量氧碘化学激光器腔镜的高反射率,测量结果精确可靠.

针对激光辐照热障涂层材料的平面应变问题,提出热障涂层热弹性分析的基本方程,对定常温度场给出级数形式解析解,并用最小余能原理和变分法分析了结构的热弹性应力场,研究了最大应力和界面应力的分布特征,并就一些物理参数的影响进行了讨论.结果表明,热障涂层的主要破坏因素为表面拉伸应力,界面应力相对较小,但在自由边界有集中现象,剥落应力大于剪切应力,是导致涂层破坏的重要原因.涂层厚度增加会改变厚度方向上的应力分布,界面应力向中心集中.

锁模Nd:YAG激光器选取单脉冲时,通常采用KD³P普克尔盒.波长1.06μm的激光半波电压为6,6kV.应用冷阴极闸流管KN-22作为开关线路比较广泛,但近年来我们改用MOS场效应管线路代替KN-22,该线路性能稳定可靠,输出脉冲幅度为-6.6～-8kV,脉冲宽度5～10ns可调,触发晃动小于0.5ns,触发延时30～40ns,单脉冲选出率为100%.经长时间使用未发现异常,此线路也可在削波器及脉冲剪切等技术中应用.

在20TW激光器上进行了超短超强激光与金属Cu膜靶的相互作用实验,当靶厚度不同时,采用CR39核径迹探测器测量了质子发射的空间分布和产额;使用Thomson磁谱仪测量了靶背法线方向质子束的能量分布.测量结果表明:质子产额为10⁵～10⁶每发;质子束沿靶背法线方向发射,与入射激光方向无关,并且存在较小的发射立体角,在一定能量处出现截止,截止能量的大小与靶厚度有关.

在"星光-Ⅱ"激光装置上进行了双预脉冲驱动类氖铬X射线激光实验,介绍了实验方法和实验结果,并对结果进行了简短讨论.由于目前"星光"装置输出能量较低,所进行的双预脉冲驱动未能显著提高X射线激光强度,改变预脉冲幅度时X射线激光强度也未有显著变化.利用MED103程序进行了模拟计算,其结果与实验结果一致.

对4×2片状放大器能源系统整个充放电过程中的几种电磁干扰进行了详细的分析比较,针对这些电磁干扰,采取储能电容器一端接地、整个能源模块单点接地、预电离屏蔽以及光纤隔离等防干扰措施,消除了4×2片状放大器能源系统的电磁干扰,使整个系统运行安全、稳定、可靠.

新型LD泵浦振荡器采用环形结构,具有单纵模几率高、时间波形和幅度高度稳定等特点,这些特点使其与多程放大器的联机非常方便,没有系统多脉冲注入破坏风险和能量不稳破坏风险.联机实验取得了显著成果,输出能量达1.252kJ,是当前国内固体激光器单束输出最高能量,此时输出脉冲脉宽为1.26ns,光束口径为20cm×20cm,平均功率密度达2.5GW/cm².

提出了一种新型同轴插板式模式变换器,可以实现同轴TEM到圆波导TE₁₁模式的变换.介绍了这种模式变换器的工作原理:即通过在同轴波导中沿轴向插入金属板,将同轴TEM模变换成扇形截面波导TE₁₁模,进而利用不同扇形截面波导中的相移改变电场分布的轴对称性,在同轴波导中形成同轴TE₁₁模,最后将同轴TE₁₁模转换为圆波导TE₁₁模式.基于这一原理设计了一个中心频率为3.8GHz的同轴TEM-圆波导TE₁₁模式变换器,并进行了数值模拟.模拟结果表明:这种模式变换器可以承受高功率,中心频率上转换效率为98.5%,转换效率大于90%的带宽超过10%,在3.5～4.1GHz的频率范围内反射损耗低于0.3dB.

对高平均功率微波、毫米波输出窗的反射和吸收功率进行了理论分析,以蓝宝石输出窗为例,给出了低反射、低吸收的高平均功率回旋速调管放大器输出窗的设计方案.该放大器输出窗厚度为1.35mm,半径为9mm,工作频率为34GHz,在加工误差小于2%的情况下,输出窗反射率小于1%,当平均输出功率为10kW时窗片的吸收功率为2.5W.

用模式展开的方法分析了等离子体-腔混合模耦合腔行波管的非线性注-波互作用过程,导出了其考虑相对论效应的非线性注-波互作用自洽工作方程组.用格林函数法求解各向异性背景等离子体(介电常数张量)下的空间电荷场.编写了计算机模拟软件,用来分析等离子体-腔混合模耦合腔行波管的增益、效率、输出功率、瞬时带宽等重要的非线性特性,计算结果表明:工作在等离子体-腔混合模式下的耦合腔行波管,瞬时带宽达到20%～30%,效率达到50%以上.

针对国际电工委员会1996年制定的IEC61000-2-9和美国**部1999年修定的MIL-STD-461E标准提出的高空核爆电磁脉冲波形,研制了一台新型纳秒高压脉冲源.其产生的双指数波脉冲前沿小于3ns,脉宽58ns,幅度可达4kV,此外还可产生前沿小于2ns、幅度最高为4kV的脉冲方波;两种脉冲均可实现单次和间歇可调输出.介绍了脉冲源的电路设计和调试结果,通过实验对比了MIL-STD-461E与MIL-STD-461D两种双指数波形条件下某测控系统模块的干扰耦合效应.

采用静电场模拟对二极管结构及导引磁场位形分布进行了优化设计,利用设计的二极管在高压脉冲发生器上进行了重复频率运行实验研究,给出了相应测试波形,并对不同材料阴极、不同真空度情况下二极管的发射特性进行了比较.在二极管真空度满足一定要求(p＜0.01Pa)条件下以在重复频率方式运行时,不论是石墨阴极还是金属阴极,输出电子束流都比较稳定.设计的二极管电子束电压超过500kV,电流约5kA,脉冲宽度40ns,重复频率100Hz.

屏蔽效应的研究对于防御电磁干扰,保证电子系统的正常工作是非常重要的.计算了屏蔽腔上开有不同形状的孔阵时对屏蔽效应的影响,分析比较了各种不同孔间距对屏蔽效应的影响.计算结果表明,圆形孔阵的穿透系数最小,方形孔阵次之,蜂巢形孔阵较大,但频谱分布基本一致.而对于哑铃形孔阵,由于孔面形状差异较大,孔面处磁流分布变化也较大,不仅穿透系数比前三者都大,而且高频时穿透系数的频率分布也发生较大改变.另外,随着孔阵中孔间距变大,孔之间的互耦减弱,耦合进屏蔽腔内的场强也变小.

利用变截面波导的耦合模理论,根据输出腔中电场幅值分布函数所满足的微分方程组,编写了具有自动优化功能的计算程序,分析研究了不同渐变角度、考虑腔体损耗前后和输出腔与外电路失配时,谐振频率、腔体品质因数和高频场幅值沿轴分布的变化情况,为进一步研究高频场与电子注的互作用和输出腔奠定了基础.

在激光引信的通讯系统中,针对引信用脉冲式半导体激光器驱动电路的脉冲宽度、频率、功率可调的需要,根据LD驱动电路的工作原理,建立了LD驱动电路的一般模型.然后用电子多频振荡器提供驱动信号,用双MOS驱动器来驱动半导体激光器,通过大量的实验、仿真、分析、比较,设计出了方便可调的大功率LD的驱动电路,该电路的脉冲频率和脉冲宽度可方便调整.并且该驱动电路的频率调节范围大(10Hz～20kHz);脉冲宽度可以从几ns到几百ns进行调节,大大提高了激光引信通讯系统的性能与可靠性.

设计加工了一个紧凑型L波段磁绝缘线振荡器(MILO)并进行了实验研究.该MILO具有一个新型收集极和一个新型模式转换器,射频扼流腔减为一个,同时将阴极杆设计成变阻抗结构,该MILO由一台自建的600kV,8Ω,100ns加速器SPARK-01驱动.在二极管电压为515～538kV,二极管电流为58～61kA的条件下,该MILO在实验中获得了1.76～1.78GHz,2.2～2.5GW的TM₀₁模高功率微波辐射,功率转换效率为7.3%～7.9%.在30ns的有效电压脉宽下,实验中测得微波脉冲半高宽为15ns.实验结果与模拟结果符合得较好.

考虑角向均匀谐波与非翼片区角向高次谐波的影响,运用场匹配法参考脊加载环板慢波结构的边界条件,推导得到翼片加载螺旋慢波结构的色散特性方程,在此基础上推导得到有限翼片加载下的耦合阻抗和衰减常数.运用MAFIA软件对该结构进行模拟计算,将理论结果与模拟计算和部分实验数据进行比较,其曲线趋势基本一致,反映了该结构的物理本质,本方法为各种类型的翼片加载螺旋慢波特性的计算提供了一种参考手段.

利用自洽线性场理论,导出了薄环形相对论互作用色散方程,得到了注波互作用产生切伦科夫辐射的同步条件和波增长率.分析了填充等离子体后的波与电子注之间的能量交换及等离子体密度对色散特性、波增长率和注波能量交换的影响.分析结果表明:切伦科夫辐射是由沿介质同轴波导传播的慢波与沿薄环形相对论电子注传播的负能空间电荷波耦合所致,且其耦合强度与电子注的密度成正比;输出频率和波增长率随着填充等离子体密度的增大而提高;保持一定的输出频率,增大电子注的束流可得到高的微波输出功率.

根据开关间隙放电产生的电弧在自身磁场作用下沿着开关电极表面运动的设想,设计了一个旋 转电弧场畸变火花开关,研究了开关电极在大电流情况下的烧蚀情况.实验结果表明,开关的工作电压为6～30kV,开关电感0.07μH,转移电荷量35.2C/shot时,铝电极non-RAG结构比RAG结构的开关电极的烧蚀情况要严重得多,黄铜电极比铝电极的烧蚀要小得多.

利用磁控溅射的方法在氧化后的单晶Si基片上制备了TiNi形状记忆合金薄膜,利用示差扫描量热法和原位X射线衍射研究了薄膜的马氏体相变特征.通过60keV质子注入(辐照)薄膜样品研究了H⁺离子对合金薄膜马氏体相变特征的影响,结果表明氢离子注入后引起了马氏体相变开始M_s和结束点M_f以及逆马氏体相变开始A_s和结束温度A_f的下降,而对R相变开始R_s和结束温度R_f影响不大.掠入射X射线衍射表明H⁺离子注入后有氢化物形成.H⁺离子注入形成的氢化物是引起相变点的变化的主要因素.

利用3DRun程序通过数值模拟计算,对二次发射微波电子枪的束流倍增特性作了研究.用1维模型计算了束流倍增与腔两极间距离以及腔中场强的关系,并详细给出了腔两极间距离为10mm,场强为5.4MV/m时出射电子纵向聚束及能量聚焦过程;利用3DRun程序研究了在高频场及粒子束本身空间电荷场的共同作用下,束流在3维运动过程中的倍增特性,计算了出射束流的发射度.通过计算表明:二次发射微波电子枪可以提供低发射度、高流强的电子束.

采用两只1kV MOSFET器件及驱动模块和高带宽光纤收发对,研究了固体开关技术中的触发信号高压隔离、功率MOSFET器件栅极驱动及MOSFET串并联使用等关键技术.单器件开关获得了1kV,13A,4MHz重复频率的脉冲串输出.两器件并联开关获得了130A,2MHz的输出.两器件串联开关获得了1.6kV,2MHz重复频率脉冲串输出.

在电子帘加速器的电子枪阴栅组件的结构设计中引入有限元分析法,研究不同材料不同结构的阴栅组件的温度场及其分布,进而得到了优化的结构及热源参数.在以2.35kW电功率加载于直径为φ1mm的热源钨丝时,在发射体上获得了产生稳定电子束流所需的1 400～1 430℃的均匀温度场,设计结构的热效率达到75%.计算中采用了一种迭代方法,只需4次迭代计算就获得了收敛的计算结果,从而在计算中能够采用各材料准确的热物性参数,使计算过程简洁有效.

介绍了修正三梯度法的原理和利用该方法测量发射度的实验装置.编写了基于束包络方程的数值拟合程序,并进行了模拟计算.用修正三梯度法对3.5MeV注入器出口处脉冲电子束的发射度做了时间分辨的测量.结果表明,当空间电荷力不可忽略时,该注入器输出的电子束脉冲期间中间部分束的发射度为1040π·mm·mrad.

介绍了正在研究设计的调谐强流电子束束心轨迹的计算机智能系统.根据目前正在设计建造的"神龙一号"加速器束流输运环境,为抑制束心螺旋运动,适应束输运磁场元件无散热装置,调谐过程中应尽量减少实验次数,智能调谐方法主要采用数值模拟和计算机克隆调谐和人工调谐相结合.以束心轨迹的数值模拟为基础,对束心位置调谐过程中的核心部分二极场调谐磁元件的调谐特性曲线进行了数值模拟,并与实验获得的调谐特性曲线进行了比较.获得了数值模拟和实验的初步结果.