微列阵光学元件的质量评价是光学测量中的一项新课题.将传统的刀口检测技术进行数字化改进后,用于微光学元件的面形检测,具有实时、定量、精度高的特点,在光学元件质量评价中有着重要意义.介绍了应用数字刀口检测反射式微镜列阵面形质量的原理和实验装置,详细论述了对CCD采集的阴影图进行图像处理的关键步骤:(1)精确测定每个像素的暗场阈值所对应的刀口位置;(2)确定与像素相应的面形区域的倾角误差;(3)对面形进行重构.最后结合具体实验进行了分析和讨论,实验所测得的面形误差为nm量级.

报道了在Nd:YAG棒和腔镜间插入四分之一波片,或在KTP倍频晶体和腔镜间插入四分之一波片,以及使用交叉双倍频晶体用以抑制二极管泵浦内腔倍频Nd:YAG激光器绿光噪声的实验结果.实验研究表明,使用上述三种方法之一能有效地减小折叠腔内的绿光噪声.用交叉倍频晶体可使噪声减小18%～25%.实验结果与理论一致,对实验中一些问题和值得进一步改进的地方也进行了讨论.

采用光线追迹方法和有限元方法,对高功率环形激光二极管阵列(LDA)重复脉冲抽运Nd:YAG激光器中,棒的瞬态温度分布进行了详细的计算模拟,分析比较了不同抽运阶段、抽运频率及占空比的情况下棒内的瞬态温度分布.结果表明:高功率环形LDA重复脉冲抽运时,棒中心处温度随时间变化成锯齿形分布,棒内温度随抽运频率和占空比的增大而增大,最后温度随时间成周期性变化.

讨论了三种通用的大气辐射传输模型的特点和使用限制,用辐射传输定律作了数值检验,并与实验测量资料作了比较.结果表明,氧碘激光和氟化氢泛频20P4激光谱线大气透过率的计算值与实验测量值吻合,氟化氢泛频20P5却出现严重偏差.还研究了大气气溶胶种类对大气透过率计算和测量的严重影响.

正在研究的1Hz重复频率电子束泵浦HF/DF化学激光器,预期产生的电子束能量为0.5MeV、束流强度为100kA、束流脉冲宽度为100ns.在该系统设计中,使用了一个脉冲变压器来对脉冲成形水线进行双共振充电.脉冲变压器的初级、次级电感与互感分别为331nH,26.5μH与1.9μH.脉冲成形线的电容、电感与阻抗分别为8.15nF,300nH与6.2Ω.脉冲成形线在1MV的峰值充电电压下的击穿因子为0.3.在3.3%的能量转换效率条件下,预期可以产生的HF/DF激光脉冲能量为250J以上.

用脉冲激光同轴全息技术建立了全息照相系统和高精度同步时序系统,获得了采用爆轰加载产生高速运动的微射流全息图,并再现出微射流的全息像,得到粒子的大小和分布情况,从图像处理得到粒子尺寸的统计结果表明,最大尺寸在300μm左右,最小尺寸在30μm左右.证明了研制的全息系统和测试技术可以测量高速的微射流场.

用标量理论和矢量理论分析了光束斜入射时分频光栅的衍射行为,分频光栅在光束斜入射时的分频效果,以及入射角度的有效范围.计算结果表明,并非严格的正入射才能保证分频光栅的分频效果,在光束入射角度小于5°时仍然可以满足ICF系统的要求.

受到特定振动环境干扰的光机系统结构存在着多个转动自由度的扭扰分量,由此引起输出光束定向角的偏转抖动,导致光束辐射能量集中度以动态扩散形式下降.运用概率和统计的方法对有代表性的光束随机抖动测试结果进行了二元统计分析.基于实际抖动幅度分布趋近于正态规律的特点,从辐射累积效应角度探讨了定向光束在受光面能量沉积的分布特征以及能量扩散程度的近似评估方法.

波长19.6nm的类氖锗X光激光适合作为诊断激光等离子体界面不稳定性的光源.用经过实验检验的系列程序对预主短脉冲驱动类氖锗进行了系统的优化设计和理论分析.采用2%～3%的预脉冲强度,6～8ns的预主脉冲时间间隔,在4×10¹³W/cm²功率密度驱动下,波长19.6nm增益区的宽度可以超过60μm,增益区的维持时间可以达到90ps.对于16mm长的平板靶,增益系数可达11.8/cm;弯曲靶增益系数可达13.3/cm;单靶小增益长度积可达21.3,单靶就可以获得饱和增益.采用双靶对接,其小讯号增益可达38.4,可以获得深度饱和增益,能满足应用演示所需的X光激光光源.

根据惯性约束聚变系统技术要求,提出一种镀膜减反方案,以解决现有光栅由于元件表面反射影响衍射效率的问题.对色分离光栅镀膜减反技术进行了详细的分析,根据标量理论给出了镀膜光栅的各项技术要求,优化了光栅结构参数.模拟计算结果发现,光栅表面反射几乎完全消除,表明可以通过色分离光栅镀膜减反提高衍射效率的目的.该镀膜光栅刻槽深度的优化值为2.84μm,膜厚为等效1/4波长,即71.2nm.

介绍了一种利用聚合物和溶剂的相分离,经过冷冻干燥来制备聚合物泡沫(特别是聚苯乙烯类泡沫)的通用技术.采用该技术制备的具有开放状孔洞结构的聚苯乙烯泡沫的密度为0.02～0.1g/cm³,平均孔径为1～20μm,而且泡沫具有各向同性,孔径非常均匀.通过对聚合物泡沫的表征,对影响泡沫形貌和密度的因素,如聚合物/溶剂体系,冷却速率等进行了研究,结果表明:所用溶剂对于该聚合物的Θ温度(溶剂与聚合物作用力为零的温度)必须高于该溶剂的熔点;采用单轴冷却方式可以减小由于溶液中心处和外围处的温差而引起的热应力对泡沫形貌的影响,冷却速率为100℃/min.

介绍了利用价格便宜的普通视频CCD来获取紫外激光和软X射线图像的方法和应用结果,以代替价格昂贵的紫外CCD、使用不方便的X光胶片或者昂贵的X光CCD,其关键点是:(1)去除CCD相机的自动增益校正;(2)将相机的校正系数γ值设置为1;(3)去除CCD相机前面的保护窗.作为一种简易的装置,可以用于紫外激光测量及激光与等离子体相互作用研究.结果表明,采用改造后的普通视频CCD测量紫外激光光斑,准确可靠,其灵敏度比科学级紫外CCD的低一个量级,它还可以测量软X射线的二维分布,作为X光针孔相机使用非常方便.

简要介绍了汤姆逊散射法测量等离子体电子温度的原理,给出了HT-7超导托卡马克上红外钕玻璃激光散射仪测量电子温度的计算方法,并从概率论的观点出发,分析了该仪器测量等离子体电子温度的有效范围,在100eV～5keV.

以季戊四醇四丙烯酸酯(PETA)为聚合单体,安息香乙醚为引发剂,通过紫外光引发生成凝胶,通过真空干燥得到PETA泡沫材料.通过理论计算和实验确定的多元丙烯酸酯交联聚合物的溶解度参数值为19.0左右,含有苯环的脂肪烃和酮类的溶剂会导致引发剂"失活",而卤代烃、酯、醚和酰胺类溶剂能够保持引发剂的"活性".

用一维多群辐射输运流体力学RDMG程序数值模拟研究了在神光-II黑腔辐射源条件下,非平衡辐射烧蚀CH薄膜的过程,给出了与平衡辐射烧蚀不同的烧蚀图像,得到了非平衡辐射烧蚀相关的数值定律.

给出了一组描述同轴回旋行波放大器中波束相互作用的非线性自洽方程组,对该放大器的运行特性进行了研究.得到:在小信号区,辐射场的增益随同轴波导的内外半径比b/a的增加而增加,达到饱和时的辐射功率仅略有下降;内外导体管壁上的功率损耗密度随b/a的增加而减小.采用电压为90kV,电流为10A,纵向速度零散度为3%,速率比为1的电子束,在34.26～36.78GHz的频率范围内,计算得到了峰值功率约230kW的微波输出,相应的增益和效率分别为46.6dB和25.5%,带宽为7%,内外导体管壁上功率的最大损耗分别为80和56W/cm².

介绍了脉冲强磁场模拟器的工作原理,将微型计算机置于脉冲磁场模拟器中,通过改变脉冲磁场的幅度和上升时间,研究脉冲磁场对微电子设备的干扰途径、干扰阈值与脉冲上升时间、脉冲宽度的关系.试验结果表明,微电子设备的连接电缆是脉冲磁场干扰引入的主要途径;简单的屏蔽措施对于脉冲磁场干扰有一定的抑制作用;脉冲磁场的时间变化率越大,对微电子设备的干扰作用越强.

采用小信号理论,在考虑到透射、反射束电子不同作用下,分析了虚阴极振荡器产生微波的机制,获得了计算微波主频的方法,讨论了增强束波作用效率的方法,并提出一种新型结构的虚阴极振荡器。该振荡器的阳极后放置了一个谐振腔,谐振腔长度很小,虚阴极不能在其中形成,谐振腔受到反射电子束激励并建立强场,场对入射电子进行调制,同时采用同轴结构引出微波。利用2.5DPIC程序对新型的结构进行了数值模拟,验证了理论分析的正确性。在入射电子束电子能量为520keV和电子束流12.5kA的条件下,获得微波平均功率为1GW,频率为3.66GHz,平均束波转换效率为15.3%。

为解决一维导体结构的电磁脉冲响应实验困难,提出了一维电磁脉冲模拟器的概念,并从理论上对电磁脉冲在一维结构上的感应电流进行了计算,结果分析说明了建立一维电磁脉冲模拟设备的可行性,并对该模拟器设计中的几个问题进行了讨论.

量子束流物理学是近年来发展起来的处理束流传输的全新方法,它是经典束流物理学的有益补充.介绍了量子束流物理学的热波模型和基于狄拉克方程的相对论电子束磁透镜量子理论,并与经典束流物理学方法进行了比较.

对电感储能/电爆炸丝断路开关功率调节系统进行了数值模拟,研制了输出峰值功率大于20GW的小型化低阻负载电感储能/电爆丝断路开关功率调节装置.实验结果表明:以电容器作为初始能源,在6～10Ω电阻负载上输出脉冲电压大于400kV、脉冲电流50～60kA,峰值功率大于20GW,能量转换效率大于30%.

在合肥光源注入系统升级改造后,尝试了几种方法来改进机器注入束流稳定性.研制了用于抑制注入过程残余β振荡的水平和垂直方向的工作点振荡抑制模块,尝试了包括逐圈测量和锁相环原理来激励和稳定束流等方法来跟踪工作点变化.详细分析了基于对数比原理的逐圈测量系统,包括单束团和多束团模式,证明在多束团模式下逐圈测量的可行性和意义,更新了数据采集和可远程控制的软件集成环境.

分析了脉冲调制器产生短脉冲时冲击磁铁回路电感对脉冲前后沿和宽度不可忽略的影响,从理论上导出了冲击磁铁回路电感与脉冲前后沿的关系,给出并分析了几组实验结果,提出了采用屏蔽结构和适当增加阻抗等两种可行的减小脉冲前沿的方案.

分析了脉冲功率装置特别是使用Blumlein线装置的预脉冲电压的产生机理,提出了通过一个连接于Marx和地之间的附加电感来平衡充电电路以抑制预脉冲的方法.用Pspice计算的实例表明:使用该方法可以有效地减小预脉冲电压.使用金属丝的比作用量和汽化热两种计算方法分析了Z-Pinch实验中丝阵负载可承受的预脉冲电压,计算结果与实验结果对比表明,实验中铝丝的预脉冲电流远大于计算结果的最大值,铝丝发生汽化,验证了计算方法的正确性.

电极材料是影响气体火花开关性能和寿命的关键因素之一.基于热传导方程分析了电弧作用下电极表层的温度场分布,得出了电极材料以及电弧属性参数对温度场分布的影响,并对黄铜、不锈钢、钨铜合金和高密度石墨4种电极材料进行了电极熔蚀实验,其质量亏损率分别为:黄铜6.39mg/C,不锈钢6.38mg/C,WCu合金4.19mg/C,高密度石墨1.19mg/C,与理论计算基本一致.

TiNiCu记忆合金在美国Argonne国家实验室IVEM-Tandem National Facility加速器产生的400keV Xe⁺离子辐照到0.4dpa时发生非晶化转变.通过电子显微镜研究了非晶化的TiNiCu合金的回复和再结晶过程.退火加热的速度是10℃/min.在280℃时非晶环附近出现电子衍射斑点以及明场像中出现少量析出相,表明回复和再结晶开始.退火到550℃出现多晶环,650℃时有片状马氏体变体生成,750℃时有很锐利的多晶环出现,表明再结晶过程基本完成. 经标定再结晶晶粒仍然是TiNiCu记忆合金.再结晶组织与辐照前TiNiCu 合金的显微组织相比有较大差异.

利用SLAC-226程序对一种工业用大功率电子加速器(450kW)的电子枪光学系统性能进行了研究.计算程序以带电粒子的洛伦兹力运动方程的相对论形式为基础,在充分考虑了空间电荷效应和电子自身产生磁场的情况下编写而成.在该程序中,网格的划分采用正方形网格;解泊松方程采用半迭代切比雪夫法;解轨迹方程采用四阶龙格-库塔法.经过对轴上电位的优化计算,得到了轴上电场的分布,电子轨迹以及阳极孔处的径迹斜率等结果,并且对外加电场与空间电荷场对束流的聚焦作用作了比较分析.计算发现,电子初始角和初始能量(对束流的)聚焦性能影响很小,二极管间距d=58.5mm时对束流聚焦最有利.

为了进行强流多电子束源研究,对现有2MeV LIA 注入器进行了四脉冲改造,二极管脉冲电压约500kV.实验研究了天鹅绒阴极在四脉冲条件下的发射能力、传导电流负载效应以及阴极等离子体运动对阴极电子发射和束能量的影响.利用空间电荷限制流模型推算出阴极等离子体膨胀速率在1～4cm/μs之间.

用安培环路定理、高斯定理推导了共顶点同轴圆锥形及圆盘形两种重要的理想传输线电参数的计算公式,给出了电场、电感、电容及阻抗的解析表达式或数值求解方法;用实例验证了推导的公式和介绍的方法;应用验证后的公式或方法对一个设计进行了估算,得到了合理的结果.

作为丝阵Z箍缩实验的基础,丝阵负载的设计具有重要意义.主要介绍了Z箍缩丝阵负载设计的slug模型,首先对该模型的原理进行了分析,然后对该模型进行编程,并利用美国Saturn加速器上的丝阵负载实验结果进行验证,计算结果表明了程序的可靠性.最后应用该模型及所编写程序对"强光一号"加速器上丝阵负载的Z箍缩实验进行了模拟,获得了偏差小于5%的模拟结果.

试验用功率MOSFET驱动氢闸流管,做成幅度可达15kV、前沿小于10ns、抖动低于1ns的高压纳秒级前沿脉冲源.简要介绍了脉冲源的电路结构,着重从氢闸流管储氢器加热电压、阴极加热电压、触发脉冲幅度、前沿和延迟几方面测量分析了其对脉冲源输出特性的影响.

介绍了12MeV直线感应加速器主开关的一种优化设计.在保持原有主开关的设计风格和接口结构的条件下,通过优化设计局部结构和调整开关电极尺寸,把主开关的结构电感从63.7nH减小到35nH,使得加速腔的高压脉冲前沿从39.6ns减小到27ns,从而有利于提高12MeV直线感应加速器的性能,验证了优化设计的可行性.