在超短超强飞秒SILEX-Ⅰ激光装置上,开展了薄膜靶激光质子加速的实验研究。实验发现激光预脉冲、靶厚度对质子加速有很大的影响。在激光强度3×1018~3×1019 W/cm2条件下, 采用前表面厚度为3 μm铜、后表面镀4 μm厚CH靶, 质子的最大能量达到3.15 MeV。而对190 nm厚CH膜靶, 质子的最大能量为0.54 MeV。初步研究了激光偏振对质子加速的影响, 相同激光功率条件下, 圆偏振激光加速产生的质子最大能量略低于P偏振打靶。这些结果与靶后鞘层加速机制相一致。

基于人工蚁群的红外图像分割方法利用模糊非线性增强算子作为启发信息, 与信息素共同指导蚂蚁的行为。通过蚂蚁行走路径上的信息素分布进行更新, 使得分布在目标路径上的信息素逐渐增大, 逐渐向分割图像收敛, 最后根据信息素分布提取分割结果。仿真和实验表明, 该算法对真实图像得到了理想的分割结果。

设计了一种双探测器结构的窄脉冲激光参数测量探头, 解决了大动态测量范围和高速放大电路高增益时信噪比低的矛盾。通过对探头前端的光学特性进行分析, 给出了均匀照射时探头前端的照度传递系数, 并且对非均匀照射情况下可能的最大模型误差进行了分析, 指出增大漫透射陶瓷片与探测器的距离和减小出光孔径有利于降低模型测量误差, 减小双探测器偏离光轴的安装距离有利于提高两个探测器的测量一致性。测试表明, 对于10 ns脉宽的1.064 μm激光, 所研制的探头在50 nJ～8 mJ范围内的测量误差低于±9%, 输出激光脉冲波形幅度在0.7～1.4 V之间。利用推导出的照度传递系数公式还测出了漫透射陶瓷片的透过率为0.60, 测量误差为±1.7%。

基于Berenger完全匹配层的基本思想, 导出了高斯单位制下2维完全匹配层吸收介质的控制方程及参数设置方法, 并进行了数值验证和参数优化。依据所得结论编制了相应的吸收边界模块加入到2D3V等离子体粒子模拟程序PLASIM中, 取得了良好的吸收效果。基于完全匹配层吸收边界的实现, 在小窗口内对超强激光预脉冲与低密度等离子体的长时间相互作用过程进行了模拟研究, 结果表明:激光强度和作用时间是影响等离子体密度改变的重要因素, 超强激光其长时间的预脉冲可以通过有质动力的累积效应在低密度等离子体中引起较大的密度变化。

定量评估了驱动不对称性对靶球压缩的影响。对于不随时间变化不对称性驱动内爆, 2维数值模拟结果表明：收缩比越小, 驱动不对称性对靶球压缩变形和中子产额的影响越小；如果靶球压缩变形度为2.0, 则相应的中子产额较少30%。改变黑腔长度, 可得到不同时空性质辐射流, 当腔长为1 350 μm时, 后来的反向不均匀性能消除前期不对称压缩的影响, 最后压缩接近球形, 内爆中子产额也最高。靶球压缩X光成像数值分析表明, 用成像图的半高全宽(FWHM)值来分析燃料压缩变形特性是合理的。该研究结果已成功地用于神光Ⅱ间接驱动内爆物理实验的理论设计和测量数据分析。

采用一种相对简单而又精确的光度法来计算弱吸收基底上弱吸收薄膜的光学常数, 为低损耗紫外薄膜的设计与实现提供了理论基础。采用JGS1型熔融石英基底, 制备了MgF2与LaF3材料的单层膜, 获得了JGS1型熔融石英基底及MgF2与LaF3薄膜的光学常数色散曲线。结果显示：在200 nm左右处, JGS1型熔融石英基底的吸收已经比较明显, 消光系数在10-8量级, 因此, 应考虑基底的弱吸收, 以提高薄膜光学常数的计算精度。

为研究CO2激光预处理参数对熔石英基片表面粗糙度的影响, 采用频率为100 Hz, 光斑面积为1 mm2的CO2激光对理想的熔石英基片进行辐照处理, 根据处理后基片表面微观形貌特征将修复程度分别定义为轻度、中度和重度修复, 并对3种修复程度下基片的表面粗糙度值进行了统计。研究了不同脉冲作用时间和不同占空比(激光功率)的激光束单点单次辐照基片后的表面粗糙度。结果表明：石英基片的表面粗糙度均方根值和处理造成的凹陷深度均随脉冲作用时间和功率的增加逐渐变大；均方根值的增幅逐渐增加, 凹陷深度的增幅逐渐减小。

采用先共水解正硅酸乙酯和乙醇锗混合溶液、后以胺类化合物作为凝胶催化剂的方法制备了GeO2/SiO2复合氧化物湿凝胶, 再将湿凝胶经超临界流体干燥获得了相应的复合氧化物气凝胶。对气凝胶的场发射扫描电镜和高分辨透射电镜分析表明, 气凝胶为存在致密纳米团簇的网络结构。电子能谱分析表明, 致密的纳米颗粒由富含GeO2的溶胶颗粒堆积而成, 网络结构则主要以SiO2为主, 这说明在“一锅法”制备复合气凝胶的过程中, GeO2将优先形成nm量级的颗粒而掺杂到SiO2气凝胶网络中。

用粒子模拟程序研究了长脉冲质子束在等离子体中的传输特性, 模拟结果表明, 等离子体可以明显改善质子束的空间传输特性, 大尺度的等离子体相对于等离子体层可以实现较长距离的稳定传输。研究发现, 在实现长距离传输时, 等离子体波会对质子束密度有较大的调制作用, 严重影响质子束的传输性质, 同时通过优化束密度分布可以有效减弱等离子体波的激发, 实现束较稳定的传输。

用低压等离子体化学气相沉积法, 以T2B和H2为工作气源, 改变 T2B与H2的流量比例制备了辉光放电聚合物(GDP)涂层。通过GDP碳氢涂层的傅里叶变换红外吸收光谱讨论了流量比例对其内部结构的影响, 利用热重曲线表征了GDP碳氢涂层在50～600 ℃范围内的热失重情况, 并且结合其结构讨论了流量比例变化对GDP碳氢涂层的热稳定性的影响, 最后探讨了GDP碳氢涂层可能的热裂解过程。结果表明：随着T2B与H2流量比的增大, GDP碳氢涂层中C(sp2)-Hx/C(sp3)-Hx含量逐渐降低, -CH3含量增加, 碳链逐渐变短而支链含量增加, 其热稳定性逐渐变差。以T2B与H2流量比为0.04时, 可以成功制备出ICF物理实验所需的靶丸烧蚀层。

介绍了一种由光束在焦面附近几个面上的强度分布重构出光束近场波前的方法。把波前重构问题作为一个非线性优化问题, 利用光束口径区域内的正交多项式模拟光束波前相位分布, 通过优化多项式各项的系数, 使对应的波前分布在焦面附近相应的几个面上的强度分布与已知强度分布的偏差最小, 即认为由此时的多项式系数决定的近场波前代表了真实的光束波前。针对方光束口径, 利用Legendre多项式模拟光束波前分布, 利用共轭梯度算法对多项式系数进行了优化计算；优化过程分为几步进行以减少计算时间。重构得到的波前分布与参考波前分布符合得很好。

采用视角因子方法, 对间接驱动惯性约束聚变(ICF)过程中从腔内壁辐射到靶丸表面的辐射进行了计算, 并分析了激光原型装置上的一个实验的对称性环境。间接驱动ICF系统的不对称性一般来自于激光焦斑和腔体的几何结构, 利用视角因子方法, 计算X光能量在腔体内的强度分布, 将靶丸表面的驱动对称性表示成腔体结构和激光焦斑几何参数的函数。结果表明, 采用该方法的程序模拟能够评估腔靶设计的主要参数。

研究了光线追迹和随机相位滤波作为初始相位设计的连续相位板下, 光束畸变对连续相位板整形性能的影响。结果表明：随机相位滤波得到的连续相位板相比光线追迹获得的连续相位板, 在幅度畸变、离焦的容忍度等方面都有优越性;进一步分析了相位畸变、对准误差、口径误差等对连续相位板性能的影响, 确定了相位畸变是影响性能的首要因素, 并且大目标焦斑的畸变宽容度更大, 由此引入了波前的相对畸变因子, 在所定义的连续相位板性能标准下, 波前容忍度为0.5。

以正硅酸乙酯为前驱体, 采用氨水为催化剂配制SiO2溶胶, 在胶体陈化过程中掺入十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷对胶体进行改性, 并采用溶胶-凝胶法在K9基片上制备了改性的二氧化硅增透膜, 用红外光谱仪、分光光度计、原子力显微镜、椭偏仪、静滴接触角测量仪、N2吸附-脱附对膜层性质进行了分析。结果表明：掺氟的二氧化硅膜层增透膜峰值透光率为99.7%；与水的接触角为129°；与二甲基硅油的接触角达到86°；膜层真空抗污染能力比掺氟前大大提高。

研究了动力吸振器中库仑阻尼(干摩擦)对吸振性能的影响。给出了库仑摩擦模型, 在考虑了吸振器中的库仑阻尼的情况下, 分析了库仑阻尼引起的主振动系统与附加质量块的2种相对运动状态(滑移和粘滞)以及它们存在和转换的条件, 讨论了因库仑阻尼引起的吸振器自由度冻结现象;用Simulink仿真工具对非线性吸振器进行了数值仿真, 研究了谐波和白噪声激励下库仑阻尼对吸振器吸振性能的影响以及库仑阻尼与线性阻尼的等效问题。结果显示：弱激励条件下, 非线性吸振器减弱吸振效果,强激励条件下增强吸振效果。

在大型固体激光器结构稳定性设计中, 使用等概率分配方法的分配值作为光学元件稳定性设计指标常常会增加结构设计的难度, 造成结构建造的巨大浪费。为此, 提出了基于结构有限元分析的稳定性指标重分配方法, 即将同一光路中光学元件振动响应引起靶点光束的定位误差作为各自的权重系数, 采用线性加权和法对稳定性指标进行重新分配。稳定性指标重分配后, 所得到的同一光路中各光学元件的安全系数相等。利用此方法对某大型固体激光装置主机装置靶区一条光路中光学元件的稳定性指标进行了重分配, 得到每条光路上光学元件稳定性的安全系数均为1.229, 满足结构稳定性设计要求。

利用电磁软件Superfish求解了同轴慢波结构中准TEM模对应的π模的电场矢量分布, 分析了内导体半径对谐振频率的影响。采用Karat 2.5维全电磁粒子模拟程序设计了一个L波段相对论返波振荡器, 研究了内导体半径参数改变对器件工作频率的影响。通过使用半径为0.50, 0.75, 1.00 cm的内导体, 实验测得微波中心频率分别为1.64, 1.63, 1.61 GHz, 变化趋势与理论分析结果一致。实验测得频率比粒子模拟结果仅高0.01 GHz, 两者吻合较好。

研究了一种高功率超宽带双脉冲辐射天线, 其设计思想为：辐射天线辐射两路不同脉宽的超宽谱电磁脉冲, 且两路脉冲在时间上有一定延时, 从而达到拓宽辐射场频谱宽度的目的。设计了一种采用三馈源的半抛物反射面超宽带天线, 并对其进行了数值模拟与实验研究。采用短时傅里叶变换对辐射组合脉冲进行了联合时频分析, 结果表明该天线能有效辐射双路不同脉宽的超宽谱脉冲, 双脉冲辐射场的频谱宽度比单脉冲辐射场有了明显的拓宽, 验证了采用双脉冲辐射是拓宽辐射场频谱的有效方法。

提出了一种同轴转弯波导。介绍了该同轴转弯波导的基本原理, 设计并数值模拟了中心频率为4.0 GHz的同轴转弯波导, 并对此同轴转弯波导进行了实验研究。实验结果表明：同轴转弯波导在中心频率4.0 GHz 下, 传输损耗约为0.17 dB, 驻波系数为1.2；在3.8～4.2 GHz的频率范围内传输损耗小于0.2 dB, 驻波系数小于1.25。同轴转弯波导内部无介质支撑, 且体积小, 结构简单, 易于实现, 适用于高功率微波馈线系统中的同轴波导的转弯和连接。

采用喇叭天线与透镜相结合的准光技术方案, 设计了毫米波生物效应聚焦装置,其频率达到95 GHz, 辐射功率达GW级。毫米波辐射源传输到波纹喇叭天线产生的波束经透镜变换得到所需的高斯波束, 实现波束能量的汇聚。在毫米波辐射源功率为W级的条件下, 该装置的焦斑功率密度达到0.01～2 W·cm-2, 焦斑面积为0.8～30 cm2。该实验装置在毫米波生物效应实验中已得到成功应用。

研究了一种由多层介质交替排列的1维微波光子晶体, 应用传输矩阵法计算和分析了该结构周期数、波的入射角、介质的相对介电常数以及介质层厚度等对其频率选择特性的影响, 并具体给出了一个可行的设计方案。所设计的频率选择表面在3.2～4.0 GHz频率范围内, 反射系数大于0.99, 在9.5～9.7 GHz频率范围内透射系数大于0.98。

提出并研制成功了开耦合孔锁定的长脉冲、重复频率运行的相对论扩展互作用腔振荡器(REICO)。将数值模拟和实验研究紧密结合, 分析了长脉冲REICO实验中模式竞争和脉冲缩短的根源, 提出了开耦合孔的三间隙扩展互作用腔结构, 有效抑制了长脉冲束流调制的模式竞争和脉冲缩短问题, 使调制束流脉宽由60 ns提高到140 ns, 调制束流由2 kA提高到5 kA, 经过优化REICO参数, 使器件的辐射微波功率和效率有了明显提高。采用500 kV/4.2 kA/210 ns/20 Hz的电子束驱动S波段REICO, 实现了峰值功率570 MW、频率2.89 GHz、脉宽大于160 ns、重复频率20 Hz的辐射微波稳定输出, 功率效率27%, 能量效率23%。

折叠波导以其宽频带、加工方便而成为一类重要的毫米波与太赫兹波段行波管慢波线。针对折叠波导慢波系统与标准波导的匹配过渡连接, 通过等效电路分析与电磁计算软件模拟, 设计出了直渐变波导、双曲圆弧渐变波导、切比雪夫阶梯渐变波导3种输入输出过渡波导结构, 分析了各种过渡波导的优缺点及结构尺寸对性能的影响。计算表明, 经过合理优化的设计, 3种过渡结构均可以使反射系数在28～40 GHz波段小于0.05。

设计了一种将两个不同波段微波源输出微波馈向同一个馈源喇叭的双波段馈线结构。该结构不仅对两个微波源输出的TM01模进行了有效的模式转换, 而且实现了两个波段的微波共用辐射天线。采用双弯曲圆波导模式转换器实现高频段微波源输出微波的模式转换和轴线的定量平移；采用中间模式为矩形波导TE10模的圆波导TM01模-同轴波导TE11模的模式转换器, 实现低频段微波源输出微波的模式转换及与高频段微波源输出微波的共轴输出。数值仿真结果验证了设计思路的正确性。

超导磁体失超过程的过电压准确分析是失超保护系统设计的基础。对于分段保护的超导螺线管磁体, 在传统椭球形正常区失超传播模型的基础上, 将3维温度计算结果映射到1维导线方向上, 确定沿导线的温度分布, 进而计算出各匝电阻。将线圈看作以匝为单位的电阻和电感组成的电路, 计算出沿导线的电阻电压、电感电压以及合电压瞬态分布, 较准确地估计了失超过程中最大对地电压、层间电压和匝间电压。利用该方法对某分段保护的螺线管磁体进行了计算, 获得了失超过程中磁体内部过电压；发现磁体内部的电压分布由方向相反的电感电压和电阻电压共同决定；以单段正常区电阻电压作为该磁体对地电压过于保守。

介绍了移动式加速器的工作原理、结构和调试过程。该加速器具有体积小、重量轻、束流稳定度高、束斑直径小的特点。移动式加速器是首次在中国工程物理研究院应用于快中子照相。在调试过程中测试了小型移动式加速器的束流稳定性等参数, 采用伴随粒子方法测量了直流中子产额。通过移动加速器和数字照相系统的组合, 获得了初步图像。

研究了强流脉冲电子束与钽金属靶相互作用后靶材流体动力学膨胀的轴向约束问题。由于电子束在金属钛和钽内的能量沉积存在差异, 未完全气化的钛箔对气化膨胀的钽材能够起到约束作用, 并且可以通过吸收钽的能量来降低钽的膨胀速度。通过分析比较电子束在靶上形成孔洞的形貌以及高速相机拍摄得到的不同时刻靶材喷射的图像, 证实了钛箔能够对钽金属靶的轴向膨胀起到一定的约束作用。尤其是电子束打靶过后1 μs内的初始阶段, 约束效果比较明显。

通过将次谐波腔体等效为RLC 并联回路,求得了射频功率馈入腔体的耦合度公式, 分析了上海光源直线加速器次谐波腔输入耦合器的设计要点, 通过3维电磁计算软件CST的数值模拟方法对耦合器结构尺寸、耦合环的深度与方位、耦合度进行了模拟计算。介绍了对次谐波腔耦合器进行小信号测试的过程、腔体安装及在线调试的方法。

直线感应加速器能够产生一个高功率、强流脉冲电子束, 该电子束与轫致辐射转换靶作用可以产生一个脉冲的、强剂量的X光, 同时会对轫致辐射靶本身也造成烧蚀破坏, 甚至洞穿。设计研制了一套激光探测系统, 对神龙一号加速器上的轫致辐射靶进行了诊断, 得到了0.4 mm钽靶的破坏穿孔开始时刻在电子束打靶后约240 μs处, 整个靶穿孔过程持续时间可达1.5 ms。

为了测量超高速碰撞过程中产生瞬态弱磁场的磁感应强度, 设计了弱磁场测量的线圈系统。阐述了线圈的设计、线圈等效电路的分析、运算放大器的选择及其功能。理论上探讨了自积分电阻对测量频率的影响。通过超高速碰撞实验得到了产生的弱磁场信号, 实验记录的测量信号光滑, 表明该测量系统具有较好的抗干扰性能。该测量系统的建立将为超高速碰撞产生等离子体的性能研究提供新的手段。

研制出了一种用于强脉冲γ射线能谱测量的能谱仪, 在感应电压叠加器实验平台上, 测量了阳极杆箍缩二极管产生的强脉冲γ射线能谱。选择适合强脉冲γ射线测量的Si-PIN探测器阵列和铅过滤片作为测量系统, 通过在能谱仪的前部放置不同厚度的铅衰减片, 测量了感应电压叠加器的强脉冲γ射线的强度。理论计算了不同能量的光子经过不同厚度的铅衰减片以后在探测器阵列上的能量沉积, 得到了探测器的灵敏度曲线。利用探测器上的理论计算的电荷量和实验波形的对应关系, 求解了该加速器的能谱。光子的最高能量约为1.44 MeV, 平均能量为0.68 MeV, 其中能量在0.4~0.8 MeV范围内的光子数最多, 占74.3%。

磁质子反冲谱仪(MPR)是测量惯性约束聚变(ICF)实验和高功率聚变装置中子能谱的一种新型高性能诊断仪器, 磁分析系统是其核心部分。通过2维束流输运和3维粒子输运模拟完成了紧凑型MPR谱仪磁分析系统的设计, 对系统参数及系统性能进行了分析, 分别根据能量分辨力、探测效率和计数率优先原则提出3种系统设计方案。结果表明:磁分析系统在1.5%～3.0%的能量分辨力范围达到10-5～10-4量级的探测效率, 结构紧凑, 符合MPR谱仪的设计目标。

微空心阴极放电推力器是一种新颖的电热式微推力器, 利用纳卫星提供的1～10 W的功率可提高微推进装置的性能。为了预示该推力器的性能, 结合实验中测量的气体温度值和火箭发动机原理, 初步计算得出微放电推力器的推力范围为几十至上千μN, 以氩气为工质比冲量级为600～1 000 N·s/kg, 以氦气为工质比冲量级为3 000 N·s/kg。研究结果表明, 微空心阴极放电较小的尺寸结构与强烈并可控的气体加热相结合, 可以开发应用在电热式微放电推进中, 作为微小卫星, 尤其是纳卫星和皮卫星的动力系统。

对离子推力器空心阴极进行了热分析。利用ANSYS有限元软件对阴极罩开启/闭合状态下的空心阴极热启动过程和达到稳态工作时温度场分布进行了模拟, 结果表明稳态工作时空心阴极内部能量主要损耗在热阻丝和阴极顶部分, 并且阴极罩及热屏是降低空心阴极温度损耗提高其热效率的关键部件, 采用阴极罩及热屏后使得空心阴极的总体温度值提升了2.3%～13.2%, 其中发射体温度提升2.3%～4.2%, 热实验得出的实验数据与模拟结果基本一致, 研究结果对空心阴极的优化设计提供参考。

利用有限差分法在慢变包络近似下求解了耦合波方程组, 并从理论上实现了短光脉冲的存储。研究了数据脉冲的读出效率随声子寿命、布里渊增益系数、数据脉冲强度和控制脉冲强度的变化规律。结果显示：在长声子寿命的条件下, 可以获得高的读出效率和长的存储时间, 而布里渊增益系数和数据脉冲强度对读出效率没有影响；增大布里渊增益系数可以降低所需控制脉冲的强度。这种方法对短脉冲可以实现有效存储, 而对长脉冲不能实现存储。

在稳态近似下通过求解速率方程分别计算了有无M带高能光子存在下, 不同温度密度下Cl等离子体的离化度分布以及发射谱, 研究了高能光子对等离子体发射谱的影响。研究发现:腔内混有的少量M带高能光子几乎不影响等离子体中重要的离化度分布, 但是会激发或者电离各种离子的内壳层电子, 从而对发射谱产生重要的影响。因此有M带高能光子存在时, 用发射谱诊断等离子体温度时需要同时考虑温度、密度和M带高能光子对发射谱的影响。

分析了快脉冲直线型变压器驱动源(FLTD)气体开关触发击穿延时的分布规律, 利用MATLAB软件生成随机序列模拟开关击穿延时和抖动, 在FLTD简化二阶电路的基础上, 利用MATLAB分析了开关抖动对40个支路并联1 MA,100 ns FLTD模块输出电流脉冲前沿和幅值的影响。模拟计算结果表明:开关理想时, 即抖动为0, 输出电流峰值为996 kA, 峰值时间为90 ns, 10%~90%脉冲前沿为54 ns；开关自身抖动与开关之间分散性之和为10 ns时, 输出电流脉冲前沿增加约14%, 电流峰值下降约2%；开关自身抖动与开关之间分散性之和为20 ns时, 输出电流脉冲前沿增加约38%, 电流峰值下降约5%。

介绍了一种重复频率脉冲磁场作为高功率微波源的导引磁场的设计, 该磁场电源具有功耗低、发热量小、结构紧凑等优点, 符合高功率微波朝重复频率方向发展的需求。从产生脉冲磁场的电流表达式出发, 根据涡流损耗不能太大、品质因数要高和电容储能要小的原则, 给出了脉冲磁场产生系统的储能电容和充电电压的优化设计方法。最后将此方法应用于Ka波段返波振荡器导引磁场的设计, 确定出产生脉冲磁场电路的电容和充电电压的值, 并进行了仿真和实验研究, 结果与理论要求吻合较好, 在重复频率10 Hz条件下能稳定运行, 验证了设计的合理性。

分析了磁开关的工作原理及其工作过程进行了分析, 推导了磁开关磁芯体积公式, 给出了多级磁脉冲压缩电路所需的条件, 使用Pspice对磁开关的工作过程进行了模拟。根据理论分析和数值模拟的结果, 设计了一台10 kV级, 压缩比为8.3的磁开关, 并在实验中将10 kV, 9.2 μs的脉冲压缩为10 kV, 1.3 μs的脉冲。针对该实验平台设计了一种便捷的磁芯动态磁滞回线测试方法, 运用该方法不需搭建测试平台, 直接在单级磁脉冲压缩电路平台上即可完成磁芯参数的测量和磁滞回线的绘制。

研制了一种用于快脉冲直线型脉冲变压器的±100 kV多级多通道火花开关, 研究了触发电压极性、幅值对多级多通道火花开关触发性能的影响, 分析了不同触发电压下开关各部分延时及抖动。研究结果表明：触发电压的极性对双极性多级多通道火花开关触发性能影响较小；开关的触发放电延时和抖动随着触发电压的增大而减小。进一步分析了多级多通道火花开关的触发击穿模式以及影响开关击穿延时和抖动的主要因素, 提出了减小开关触发击穿延时及抖动的技术途径。

阐述了对国际上正在发展的高能激光系统核心特征量的理解。分析了影响这个核心特征量的若干要素：主激光器选择变化的历史轨迹及其原因；光束质量是高能激光系统的生命线, 做好光束质量是一个多环节的科学工程；分析了这一技术链条上游、中游和下游的技术难点以及与其都有关系的全系统的稳定性问题。最后, 把这些要素结合起来, 可将核心特征量综合表达为目标上的激光亮度。

基于国产非晶态合金磁芯, 研制了采用可控硅开关、脉冲升压变压器、以及两级磁脉冲压缩网络的全固态激励电路系统, 并且应用于放电体积为29 cm3, 工作气压为100 kPa的电晕预电离小型TEA CO2激光器。讨论了提高系统能量传输效率和减小系统体积的设计方法, 并且测量了系统的工作性能以及各部分的能量损失。实验结果表明：磁脉冲压缩网络的能量传输效率大于83％, 全固态激励系统的总效率大于75％；连接激光器负载时, 输出脉冲的电压峰值约为22 kV, 电流上升时间约为100 ns；得到了脉冲能量109 mJ, 宽度70 ns的激光输出, 激光器整体效率约为3.3％。在目前的封离体积与气体循环方式限制下, 激光器最大重复频率约为100 Hz, 而激励电路部分可以达到400 Hz的工作频率。

讨论了TW级飞秒激光放大装置中的同步时序系统原理, 介绍了自行设计并建造的3套频率成分各异的TW级钛宝石飞秒激光放大装置, 其中“极光Ⅱ” 和“Titan”为两级放大系统, 前者预放大与主放大重复频率均为10 Hz, 后者采用1 kHz的预放大和10 Hz的主放大, “极光Ⅲ”为多级放大系统, 预放大重复频率为10 Hz, 主放大分别为1 Hz和15 min输出一发。针对各个放大装置的不同特点和对同步精度的具体要求, 自行设计并建造了不同的同步时序控制系统, 实现了各个激光放大系统的有效运转, 同步精度达到200 ps。

将Anderson的两振型三温度弛豫模型和严海星整理的弛豫数据相结合, 采用2维守恒型方程组对按照最小长度喷管型面设计方法设计的、面积比分别为50和20的气动激光器喷管非平衡流场进行了数值仿真。小信号增益计算结果在每个计算点都和J. S. Vamos等人针对这两种喷管的小信号增益测量试验结果符合很好, 解决了传统的准1维非平衡流分析方法不能很好地和试验结果相符的问题, 对气动激光器喷管性能设计提供了更精确的评估方法。

论述了自行研制的半导体激光雷达能见度仪的工作原理、基本结构及参数, 提出了一种稳定的消光系数迭代算法。利用该半导体激光雷达能见度仪与美国Belfort model 6230A 型能见度仪对水平及斜程能见度进行了对比实验。对比实验表明：对于水平能见度, 平均相对误差在10%以内的占总量的45.6%, 平均相对误差在20%以内的占总量的84.7%, 平均相对误差在30%以内的占总量的91.2%；对于斜程能见度, 不同天气条件下, 能见度变化趋势明显, 反映了斜程能见度与水平能见度探测的差别与意义。充分说明该能见度仪能够在各种气候条件下测量水平及斜程能见度, 所提出的反演能见度的迭代算法稳定可靠。

采用CO2激光对镀金K9玻璃表面的二甲基硅油污染物进行清洗, 在激光器单点作用模式下, 分别研究了激光功率和作用时间对清洗效果的影响；并研究了连续扫描工作模式下的激光清洗效果。采用光学显微镜和傅里叶变换红外光谱仪表征激光清洗效果, 研究结果表明：通过良好的控制激光参数, 采用CO2激光清洗二甲基硅油具有明显的效果；此种非接触式清洗方式可确保K9玻璃表面的金膜完好无损。采用有限元分析软件模拟计算了激光功率和作用时间对清洗过程中温度的影响, 计算结果与实验结果规律一致。

提出了利用模拟退火算法实现相干合成的思路。对利用模拟退火算法实现多路光纤放大器相干合成进行了数值模拟, 验证了方法的有效性, 并分析了算法收敛速度与合成光束数目的关系。进行了两路W量级光纤放大器相干合成的实验, 结果表明, 模拟退火算法能够有效控制各路光纤激光的相位, 系统闭环将目标圆孔内的能量提高了1.8倍, 并使得目标圆孔内能量大于理想值80 %的概率从19.4 %提升到了51.3 %, 取得了较为明显的相干合成效果。

提出了一种用于长工作距离下显微成像的数字全息合成孔径方法。首先, 在不同斜入射照明条件下记录多幅包含不同物光频谱范围的数字全息图。然后, 利用每一幅全息图通过数字方法重构并放大物体强度像。最后, 通过非相干叠加这些强度像得到分辨力提高且散斑噪声减小的合成物体强度像。理论分析和实验结果表明, 此方法可应用于长工作距离下的原位显微观测。

大气模式与气溶胶模型选择是影响定量遥感应用的辐射传输计算的重要因素。人们一般凭感性认识去进行选择, 有一定随意性, 对其带来的影响程度关注甚少。以太阳辐射计测量为依据, 对大气模式与气溶胶模型选择方法作了研究, 并利用经辐射定标过的光谱辐射计地面测量对辐射传输计算精度进行了验证。在昆明进行的试验表明, 在0.50～0.68 μm范围内, 选择中纬度冬季大气模式和大陆型气溶胶, 经辐射传输计算后得到的光谱辐射亮度与光谱辐射计测量结果一致性很好, 差别在3.3%以内；变换大气模式对辐射传输计算产生明显影响, 差别达10%左右；选择不同的气溶胶模型对辐射传输计算影响也很大, 差别达11%左右。基于辐射计测量的大气模式与气溶胶模型选择避免了主观选择的不可靠性, 有益于减少辐射传输计算或卫星遥感大气订正的误差。

为了评价化学激光器增益发生器模块的性能, 采用变耦合率法对化学激光器的小信号增益系数进行了研究。实验中采用的稳定光学谐振腔由2块全反射平面镜、1块全反射凹面镜及1块输出耦合镜组成。将测量结果中存在的饱和光强、非输出损耗和小信号增益的三元拟合问题转化为二元数值问题。通过数值拟合得到了满足工程需求的数据结果, 并对该结果进行了误差分析。应用数学方差分析发现平均值二对应的拟合曲线与实验测量结果符合得更好, 化学激光器的输出功率存在极大值。

采用有限元方法模拟了激光辐照下充压柱壳的热力学响应, 计算了不同工况下结构的瞬态温度场和应力场, 根据材料强度准则判断了柱壳的破坏时刻, 并提出了一种预测激光辐照下充压柱壳破坏能量阈值的数值方法。研究了壳体厚度和内压大小对柱壳破坏能量阈值的影响, 并给出了典型工况下柱壳破坏能量阈值同壳体厚度以及充压大小的关系。数值计算结果表明：破坏能量密度阈值与壳体厚度、内压大小近似成线性关系, 壳体厚度比内压大小对柱壳的激光破坏能量阈值影响更大。

采用甚高速照相技术与建立激光空泡在刚性半球壁面内的运动模型相结合的方法, 确定了激光空泡在刚性半球面壁内的运动特性与无量纲距离的关系, 提出了最佳无量纲距离概念。结果表明：半球反射面的半径与激光空泡最大半径之比小于1.1时, 激光空泡在第1次膨胀时就会产生严重的变形并弹出半球面, 并产生空化泡和空蚀, 它们均会严重影响激光声的传播。该比值在1.1～3.3时, 激光空泡将在第3次收缩之前接触半球面, 容易对壁面造成空蚀。在该比值大于3.3的情况下, 激光空泡在第3次收缩之前不会接触半球面, 对激光声的传播和反射特性影响较小。如果考虑把空泡第1次溃灭时产生的激光声的声学中心控制在击穿点时, 需要把该比值控制在5以上。