根据电光相位体调制器的结构特征, 设计了一个驱动电路, 该电路主要由OP37和PA84组成,具有结构简单、性能稳定的特点。经实验测定能够在0～280 kHz频率范围内实现峰-峰值200 V的电压输出。设计了对输出信号进行相位补偿的方法, 完成了光相位调制实验。利用光电探测器, 检测到了由电光相位体调制器驱动电压变化所引起的干涉条纹的变化。

采用飞秒激光(800 nm, 120 fs, 3 W, 1 000 Hz)制备类金刚石膜, 研究了不同偏压、生长温度和氧气氛等辅助手段对激光沉积类金刚石膜的影响, 实验发现在室温(25 ℃)、无偏压和低气压氧气氛(2 Pa)条件下沉积的类金刚石膜性能最优。在单面预镀普通增透膜的硅红外窗口材料上镀制出了无氢类金刚石膜, 3~5 μm 波段平均透过率达到90%以上, 纳米硬度高达40 GPa, 用压力为9.8 N的橡皮磨头, 摩擦105次, 膜层未见磨损, 并且通过了军标规定的高温、低温、湿热、盐雾等环境试验, 所制类金刚石膜可对红外窗口起到较好的增透保护作用。

实验研究了飞秒激光干涉条纹在CS2介质中传输的增长率与条纹间隔以及增长率与中心峰值强度的关系。结果发现, 在非线性介质中传输的1维干涉调制特别是当其调制频率位于中心光强对应的最快增长频率附近时, 随着传输距离的增加调制场迅速获得增长, 将高斯光束分裂成多根峰值强度很高的带状细丝。相应的数值模拟与实验结果具有较好的一致性。

设计了一种基于慢光介质色散特性的新型干涉装置, 研究其物理过程, 证明利用慢光介质可以有效提高干涉仪的光谱灵敏度, 并且光谱灵敏度与慢光介质的群折射率成正比。同时, 进一步具体分析慢光介质GaAs的色散特性, 给出研究色散型慢光干涉仪的一般性方法, 并证明使用慢光介质GaAs在近红外区域可以提高光谱灵敏度2倍左右。

针对常见的GaSb衬底的InGaAsSb/AlGaAsSb多量子阱结构进行了设计和外延生长。样品通过X-射线测试, 有多级衍射卫星峰出现, 表明量子阱结构的均匀性和界面质量较好, 引入AlSb缓冲层可以降低衬底与外延层之间的界面自由能, 使AlSb起到了一个滤板的作用, 抑制了位错的扩散。光荧光谱测试表明, 室温下量子阱结构中心发光波长在2.3 μm附近。

采用波长为1 064 nm/532 nm、脉宽6 ns(FWHM)的高重复频率调Q激光, 研究了磷酸氧钛钾(KTP)晶体中灰迹的产生机理, 以及色心密度对灰迹的影响。晶体透过率表征了色心密度, 根据透过率与色心密度的关系以及色心密度对灰迹产生的决定作用, 定义临界灰迹密度, 当晶体透过率高于此值时可安全运行, 而低于此值时, 为避免晶体发生灾难性损伤应立即停止运行。实验结果表明：灰迹不仅大量吸收紫外及可见光能量, 而且大量吸收近红外波段能量, 这为灰迹的在线监测提供了一种监测方法。

运用光学传输矩阵理论, 研究了含负折射率材料1维光子晶体缺陷模的偏振特性。结果显示, 零均折射率带隙中缺陷模对入射角和偏振有较强的依赖。通过对缺陷层参数的优化设计, 得到了一系列的偏振无关非全向缺陷模, 这是传统1维光子晶体中不能出现的。应用这些缺陷模, 设计了低通、高通、带通空间滤波器。与传统光子晶体空间滤波器相比, 这些空间滤波器具有偏振无关的优点。

采用连续波红外激光对可见光面阵CCD成像系统进行了干扰实验, 观察到饱和串扰、全屏饱和等干扰现象, 并测到串扰阈值小于2.0×102 W/cm2, 全屏饱和阈值为1.2×104 W/cm2。通过分析CCD输出电压、视频信号, 提出基于有效干扰面积的干扰效果评估方法, 并利用该方法对干扰面积与激光功率密度、辐照时间之间的关系进行了半定量分析。结果显示：激光功率密度对干扰效果的影响较大, 而辐照时间在0.5～2.0 s之间时, 辐照时间对CCD干扰效果的影响不明显。

采用时域法中的时间相关单光子计数方法记录荧光寿命, 时间相关单光子计数采用多波长通道同时记录荧光光子数, 可以提高计数效率和信息量, 还可以在稳态图像中分离不同荧光团, 形成4维图像。并采用多光子激发技术, 利用长波长光源发出的两个或多个光子可以激发出一个短波长的光子。多个光子必须几乎同时到达激发点, 才能提供被激发分子足够的能量以产生荧光。多光子激发波长较长, 生物组织对其散射减小,因而可以穿透到更深层的组织,从而提高荧光成像深度和空间分辨力, 并减少对活体样品的损伤。

采用频率差在太赫兹范围的双波长激光器进行泵浦, 利用光纤的四波混频效应, 得到结构紧凑、频率可调的窄带太赫兹波源。为减小光纤材料对太赫兹波的吸收, 采用了表面发射机制。从耦合波理论出发, 详细分析了保偏光纤中的四波混频过程, 得到了太赫兹波输出功率的解析表达式, 并讨论了实现相位匹配的条件。结果表明, 太赫兹波功率与泵浦光功率和光纤长度成正比, 与太赫兹波长的3次方成反比。当泵浦光峰值功率为1 kW, 在6 THz处得到的太赫兹波峰值功率达350 mW, 功率转换效率约为0.01%。通过合理设置泵浦波长, 可以实现太赫兹辐射在3～8 THz 范围内连续调谐。该方案提供了一种新型的高功率、紧凑型的窄带太赫兹辐射源。

利用SAGA-S激光器输出的355 nm波长激光, 研究了熔石英表面铜颗粒污染的激光损伤规律。采用磁控溅射的方式在洁净熔石英表面制备不同尺寸的颗粒状污染物, 用1-on-1, 10-on-1,20-on-1的方式测试经污染后的熔石英基底的损伤阈值, 并采用光学显微镜观察损伤形貌、CCD在线测量损伤斑尺寸。结果表明：污染后的熔石英基底的损伤主要发生在后表面, 而且以热烧蚀和热应力为主, 基底的损伤阈值与熔石英前表面污染颗粒尺寸呈负指数关系, 随后表面污染物颗粒尺寸的增大呈略微下降。前表面颗粒污染物诱导损伤斑尺寸为颗粒污染物尺寸的4倍, 后表面颗粒污染物引起的损伤斑尺寸约为颗粒污染物尺寸的2倍。并绘出损伤斑尺寸与颗粒尺寸、辐照方式之间的关系。

基于Drude模型, 采用解析法与数值模拟法研究了具有电与磁非线性效应超常介质中光束的聚焦特性。结果表明超常材料中光束聚焦现象不但可以发生在自聚焦非线性介质中(正折射区)而且可以发生在自散焦非线性介质中(负折射区), 且光束中心频率离介质的等离子频率越近, 其聚焦效应越明显。特别是当电与磁非线性极化率为异号时, 超常介质的非线性符号可以通过调控电与磁等离子频率的相对大小控制, 这为主动操控光束的传输提供一种新的自由度。

在脉冲激光测距系统中, 为提高时间间隔测量的精度, 采用插值法进行时间间隔测量。在分析传统的数字计数法测量原理与误差的基础上, 重点研究了插值法。其测量对象针对传统数字计数法中待测脉冲上升沿与下一个量化时钟脉冲上升沿之间的时间间隔。测量采用电容充放电技术, 把时间间隔加入到一个时间扩展模块(通常为一只高精度的电容), 实现时间上的放大, 再对放大后的时间进行测量, 可提高时间测量的精度。利用该方法得到的时间间隔测量精度可达到100 ps, 对应于1.5 cm的测距精度。

采用商业有限元软件ProCAST, 建立了激光相变硬化温度场的3维数值模拟模型, 对球墨铸铁QT600-3进行激光相变硬化的数值模拟研究, 计算了表面淬火的温度场, 根据温度场预测了硬化层的深度和宽度。激光功率在800～1 000 W之间, 激光扫描速度在2.000～2.667 mm/s之间, 光斑直径在4～5 mm之间时, 计算得到的硬化层深度在0.20～0.64 mm之间, 硬化层宽度在2.0～3.7 mm之间。球墨铸铁数值模拟结果与试验基本吻合, 两者变化趋势一致。

基于矢量德拜理论, 研究了双环径向偏振涡旋光束经介质分界面的深聚焦特性。当选取适当的入射光束拦截比时(即透镜孔径半径与入射光束的束腰半径的比),在聚焦场中可以得到一个极小的局域空心光束。局域空心光束的大小不仅与透镜的数值孔径有关, 还与聚焦场介质的折射率有关。另外, 还研究了透镜的数值孔径、入射光束的拦截比以及探测深度对聚焦光束实际焦点位置的影响。通过对聚焦光束的实际焦点位置的计算发现：当选取一定的光束拦截比时, 聚焦光束存在一个焦点开关。

利用电子束蒸发方法, 在不同沉积温度 (50~350 ℃)下制备了Sc2O3薄膜。分别用分光光度计, 小角掠入射X射线衍射仪和轮廓仪测试了薄膜样品的光谱、微结构和表面粗糙度信息, 并用薄膜分析软件Essential Macleod计算了Sc2O3薄膜的折射率和消光系数。结果表明：随着沉积温度升高, Sc2O3薄膜结晶程度增强, 晶粒尺寸增大, 且较高的沉积温度有利于获得较高的折射率。最后用355 nm, 8 ns的三倍频Nd:YAG激光器测试了其激光损伤阈值(LIDT), 最大值为2.6 J/cm2, 且阈值与薄膜的消光系数、表面粗糙度、光学损耗均呈现相反的变化趋势。用光学显微镜和扫描电子显微镜表征了该薄膜的破坏形貌, 详细分析了薄膜在不同激光能量作用下破坏的发展过程, 以及Sc2O3薄膜在355 nm紫外激光作用下LIDT与制备工艺的关系, 重点分析了355 nm激光作用下薄膜的破坏机理。

为了考察短脉冲激光装置中展宽压缩器的谱透过率对输出脉冲时间特性的影响, 通过解析推导得到了激光脉冲通过平行光栅对的谱透过率表达式。结果表明:谱透过率不仅与光栅尺寸及光栅线密度有关, 还与光束口径、入射角、光栅间距等参数有关;通常情况下展宽器的截止带通较小, 对脉冲的信噪比有较大的影响;而压缩器中由于光束口径很大, 有很宽的渐变透过率带通, 对压缩后的脉宽及信噪比有利。目前常见的短脉冲激光系统中,限制输出脉冲信噪比的往往是展宽器而非压缩器。

利用径向剪切干涉法检测高功率激光波前时, 由于探测器CCD非线性效应, 在频谱中引入了除基频外的二级、三级等高次频谱分量, 增加了频谱混叠的可能, 使得对有用信息提取困难, 降低了波前检测精度。从理论上分析了CCD非线性效应产生高次频谱分量和导致频谱混叠的原因, 给出非线性条件下避免频谱混叠的条件, 提出了通过提高空间载频的方法来减小或消除CCD非线性效应导致的频谱混叠。计算机模拟和实验结果表明, 该方法能够有效抑制频谱混叠并显著提高波前检测精度。

为了提高LY2铝合金疲劳寿命, 探索了用激光冲击强化方法处理LY2铝合金的技术。使用流水约束层和铝箔涂层, 利用波长为532 nm, 脉宽为10 ns, 能量为5 J, 光斑直径为3 mm的YAG激光器对LY2试样进行了激光冲击强化处理。结果表明：经激光冲击强化后LY2铝合金疲劳寿命提高1.1倍。对激光冲击强化后的试件断口分析结果表明激光冲击的强化作用抑制了裂纹在试件表层的萌生和扩展, 从而提高了材料的疲劳寿命。

采用高电流注入条件下的载流子扩散方程和复折射率波导模型情况下的亥姆霍兹方程, 对980 nm高功率激光二极管外延材料的非对称和对称波导结构的光吸收损耗进行了理论计算。采用低压金属有机化学气相外延技术制备了两种波导结构的外延材料, 并制作了激光器件, 进行了光电特性测试和对比分析。理论计算和实验结果表明：与对称波导结构相比, 非对称波导结构外延材料并未减小光吸收损耗, 而是减小了串联电阻, 因而降低了器件的焦耳热损耗, 从而提高器件的电光效率。

利用平面角谱理论, 建立厄米-高斯光束和拉盖尔-高斯光束在负折射率平板透镜系统中的傍轴传输模型, 研究负折射率平板透镜中厄米-高斯光束和拉盖尔-高斯光束强度聚焦及相位补偿特性。结果发现:负折射率平板透镜产生的反向Gouy 相移可以补偿空气中Gouy相移导致的相差, 因而在满足相位匹配条件下, 光束在物平面和像平面之间的相差为零; 当强度聚焦和相位匹配条件同时满足的条件下, 光束在物平面强度和相位分布可在像平面实现完全重构。

从麦克斯韦方程组出发, 结合超常介质的特殊性质, 分析了电磁波在一种具有线性色散关系的各向异性超常介质中的传播特性。在线性色散关系的情况下, 得到了超常介质的介电张量和磁导率张量各元素之间的条件表达式。根据能量守恒定律和电磁场的边界连续性条件, 在横电波(TE)和横磁波(TM)入射时, 分析了折射波矢和能流与入射波矢和能流方向之间的关系。发现无论是TE波还是TM波,在这种介质中传输时, 都产生了光准直的现象, 且TE波和TM波的传输方式是相反的。

激光雷达距离像能表征目标的几何结构, 而同一目标不同姿态的距离图像差别较大, 因此目标姿态的准确估计对目标识别尤为重要。Ulf Grenander的模式理论利用变形模板表示观测图像, 目标姿态变化引起刚性模板的变形用特殊正交群矩阵表示, 在贝叶斯估计框架下, 用跳扩散过程从后验密度中取样, 以希尔伯特-施密特范数作为误差特性, 对目标姿态进行估计, 并分析误差性能。针对激光雷达距离像基于地面目标进行研究, 利用Grenander的模式理论, 在不同载噪比情况下对车辆姿态进行估计。通过对姿态估计误差的分析, 表明该算法能够较准确地估计目标的姿态。

给出了连续调制激励光照射下光学薄膜样品表面热变形场的理论分布, 并由此定义了表面热透镜(STL)信号。根据表面热透镜理论实验测量了一个BK7基底高反膜样品的形变, 给出了表面热透镜信号随调制频率的变化曲线。实验结果表明：在采用的STL实验构型中, 探测了最小1.985 nm的直流形变, 对应不调制时的形变为3.97 nm, 相应的形变探测灵敏度达到了10 pm量级; 直流形变与功率成线性关系; 交流表面热透镜信号随着频率增大而减小, 在高频端近似成线性减小。

为了提高激光系统的整体效率, 需要将出射光强整形为空心分布。采用纯相位型液晶空间光调制器整形近高斯分布光强到空心分布。基于能量守恒定律和等光程原理, 分析了纯相位型液晶空间光调制器光束整形系统, 得出了整形系统所需的相位分布。采用衍射光学方法, 数值模拟了整形效果, 讨论了入射光束束腰半径和强度分布等因素对整形效果的影响。利用纯相位型液晶空间光调制器实验实现了空心光束, 实验测得的转换效率大于99%。

从激光与物质相互作用理论出发, 对脉冲激光作用单晶硅的热特性进行分析。建立一套实验装置, 所用激光光源的波长为1 064 nm,脉宽为10 ns, 重复频率为1 Hz。得到单晶硅的等离子体谱及热辐射谱, 在单晶硅的光电性质基础上对其热表面损伤进行理论分析。提取380~460 nm波段的单晶硅等离子体光谱, 分析了谱图中SiⅠ390.52 nm, SiⅡ385.51 nm,SiⅡ413.12 nm三条谱线的相对强度与激光输出功率密度的对应关系。

介绍了用于激光测距机的1 572 nm窄带滤光膜的用途、特性和制备方法。利用计算机优化软件对多腔结构进行计算后, 得到了损耗小、制备方便、重复性好的膜系设计。讨论了薄膜的光谱、温漂及均匀性等主要技术问题后, 给出了特性测试和环境实验结果。目前相关的带宽12 nm滤光膜应用在新型激光测距机中分别达到了精度±5 m和重复频率(1±0.1)Hz下11 km的使用效果。

为避免时域调制增长形成的高强度时间尖峰对光学元件的损坏,数值研究了啁啾堆积脉冲宽带激光非线性传输的时域调制增长规律。结果表明:对于正常色散介质, 子脉冲间干涉引入的时间调制与外加调制随着传输距离的增加, 不断振荡减弱; 相反, 对于反常色散介质, 无外加时间噪声时, 堆积子脉冲间的相互干涉引入的时间调制有微弱增长, 但当传输距离进一步增加时, 子脉冲间干涉引入的调制可以获得快速增长; 而当外加非线性最快增长时间调制时, 时间调制发生迅速增长,具有破坏威胁的时间尖峰易于形成。

研究了采用时间选通和共孔径方式的钠激光导星技术, 并开展了钠信标发射接收实验研究。分析了钠原子共振散射与信标激光波长的匹配关系, 介绍了钠信标激光器、距离选通装置、回光探测装置、同步控制装置等的研制工作。实验成功采集到了钠信标图像, 通过分析回光图像随信标激光波长的变化规律, 验证了波长匹配在钠激光导星中的重要性。

建立了左手材料中拉盖尔高斯光束传输模型,通过研究拉盖尔高斯光束的相位分布来分析光束的强度旋转特性。具体分析了光束参数模式、Gouy相、频率和色散对光束强度和相位旋转特性的影响。研究发现:方位角相差是导致光束强度旋转的主要原因;负折射率引起的逆的Gouy相移将会导致光束强度反转;在正常色散区左手材料中光束的强度和相位旋转方向是相同的, 而在反常色散区, 左手材料中光束的强度和相位旋转方向是相反的。

通过对常用离焦检测技术的分析, 提出了一种基于空间光学调制的离焦探测新方法。该方法利用压电陶瓷驱动变形镜对会聚光束进行调制, 在准焦位置放置针孔(或狭缝), 通过针孔(或狭缝)的调制光束被光电探测器接收, 经相关检波后获得离焦信息。测得的离焦信息包含离焦量和离焦方向, 且离焦信号电压与离焦量呈线性关系。搭建了实验装置, 利用100 Hz的正弦信号对光束进行调制, 检波后得到了焦前4 mm到焦后2 mm范围内的电压信号, 结果与理论推导相符。该技术适用于圆对称光束及非圆对称光束的离焦检测, 尤其适于具有柱面镜光路结构、需要快速、准确测量x和y方向离焦量的强激光领域。

利用双温方程对激光烧蚀Si靶的过程进行了数值模拟, 并结合合适的初始条件和边界条件, 研究了在飞秒、皮秒激光作用下, 脉冲波形(矩形、梯形、三角形和高斯形)对Si靶表面载流子和晶格温度分布的影响。结果表明：激光功率密度是影响载流子温升的主要因素, 矩形脉冲激光烧蚀Si靶表面载流子的峰值温度最高, 而高斯分布的脉冲引起靶面载流子峰值温度最低。可见, 激光脉冲波形对Si靶表面载流子的温度分布具有重要影响。所得结果可为制备高质量的薄膜提供理论依据。

当图像中的某些区域具有比其它部分更高的重要性时, 基于感兴趣区域(ROI)的边缘检测功能就尤为重要。但是当前大部分算法均针对图像整体检测, 这在一定程度上会影响对ROI区域的检测效果。针对该问题, 提出一种基于ROI的边缘检测算法。新算法首先利用修正后的图像直方图特征选取ROI区域的分割阈值, 然后根据分割阈值从背景中分离出ROI区域, 最后选择最优边缘检测算子, 完成基于ROI的边缘检测。实验结果表明：新算法能够更好的支持对ROI区域的边缘抽取。

为了测试单发次皮秒脉冲对比度, 设计并研制了非共轴三阶自相关仪。三阶自相关仪参数优化设计中, 在确保获得正确的相关耦合信号的前提下, 充分利用KDP晶体的极化张量, 寻找有效非线性系数相对较高的相位匹配点, 在满足非共线相位匹配条件的同时兼顾群速匹配, 为增大时间测试范围,选取较大的入射光夹角。采用分区测试和图形重构技术, 增大对比度测试的动态范围, 结果显示采用两个科学级CCD测试的脉冲对比度在105左右。

研究了超短高斯脉冲光束经线性排列的矩形光阑阵列衍射后的远场光谱奇变现象。基于菲涅耳积分公式, 通过将光阑函数展开为有限项复高斯函数的叠加, 得到了超短脉冲光束经线性排列的小孔光阑阵列衍射后的谱强度解析表达式, 并对衍射场的光谱红移和蓝移现象进行了数值计算和分析, 分析了小孔间距和光阑半径对光谱强度的影响。研究表明：在衍射场的某些观测点, 即在调制函数为零的位置附近, 存在光谱开关现象。

基于透射体布拉格光栅频谱组束的设计方案, 采用半导体激光器作为泵浦源, 以大模面积双包层Er3+/Yb3+共掺光纤为增益介质, 报道了两束光纤激光频谱组束的实验结果。在两束光纤激光输出功率分别为0.39和0.53 W、光栅实际衍射效率不到60%的情况下, 实现了组束功率为0.64 W、绝对组束效率高达69.6%的组束激光输出, 并分析了实验过程中影响组束效率的因素。

为了提高激光多普勒测速仪的测量精度, 提出对激光多普勒信号先进行跟踪滤波, 再进行频谱细化和频谱校正的信号处理方法, 并利用信号处理系统对实测的多普勒信号进行了实验研究。实验结果表明：跟踪滤波器在滤除基底信号及系统的部分噪声的基础上, 实时跟踪多普勒信号的频率, 信噪比明显提高, 所得结果与多普勒频率的真实值相一致; 频谱细化技术大大提高了频谱分辨力, 频谱校正技术使校正后的频率更接近真实值。

基于单腔和双腔结构的法布里-珀罗(F-P)腔透射光强度公式, 研究了单腔F-P结构的镜面反射率与腔长对透射谱线的影响; 在总腔长相同时, 模拟分析了单腔、对称及非对称双腔的透射光谱特性; 分析了镜面反射率对非对称双腔F-P结构透射光谱的影响。结果表明：无论单腔还是双腔的F-P结构, 镜面反射率增加导致输出峰的峰值半高宽(FWHM)减小; 腔长度增加会导致输出谐振峰间距减小, 而通过调节腔长比例系数和选择镜面反射率, 总长度相同的双腔能在不减小主谐振峰透射率的同时增加谱线间距。最后, 讨论了镜面反射率对输出谱线FWHM以及腔长微小形变对中心谐振峰的位置、FWHM和透射率的影响。

针对主流无载气、副流以氮气为载气的氧碘化学激光(COIL), 应用求解3维多组分化学反应流方程的数值方法, 对流场和物理化学的耦合过程进行细致研究, 对副流载气变化带来的问题及性能提升的手段、特别是合理的配气方式进行深入分析。结果表明:传统的在亚声速段进行喷流的配气方式不适用于主流无载气N2-COIL系统, 必须采用超声速段射流方式; 合理的流量配比条件下, 超声速段射流方式COIL光腔位置处增益可达1.5% cm-1; N2-COIL流场边界层厚度明显减小, 拓宽了增益的有效分布区域。

采用自行研制的光纤激光选区熔化快速成型设备, 研究了选区激光熔化316L不锈钢粉末工艺参数、能量输入与样件致密度、表面形貌之间的关系以及微观组织特征。结果表明：扫描速度对成型效果影响最为显著; 样件致密度随着激光能量密度提高有逐渐增大的趋势; 能量密度作为选区激光熔化工艺的技术指标具有可操作性; 表面形貌由激光功率与扫描速度比值所决定。深入探讨了能量输入、熔化凝固行为、激光功率与扫描速度比值与样件致密度、表面形貌的关系。结果表明：选区激光熔化凝固组织层内、层间熔合处为弧形, 且为冶金结合, 金相组织主要由柱状晶与等轴晶组成, 层内靠近熔合线周围是柱状晶, 而层间靠近熔合线附近主要是细小等轴晶, 晶粒直径为1 μm左右。

分别应用郎缪尔双探针和离子灵敏探针对非对称磁镜场电子回旋共振氧等离子体的电子参数、空间分布和离子参数进行了测量, 分析了气压对等离子体参数及空间分布的影响。利用该等离子体在优化的气压条件下对化学气相沉积金刚石膜进行了刻蚀, 并研究了刻蚀机理。结果表明：电子温度为5～10 eV,离子温度为1 eV左右, 而等离子体数密度在1010 cm-3数量级。随气压的升高, 电子和离子温度降低, 而电子数密度先增大后减小。在低气压下等离子体数密度空间分布更均匀, 优化的刻蚀气压为0.1 Pa。刻蚀过程中, 离子的回旋运动特性得到了加强, 有利于平行于金刚石膜表面的刻蚀, 有效地保护了金刚石膜的晶界和缺陷。

激光注入率测量是黑腔耦合效率测量至关重要的一个环节, 主要通过散射光测量来实现。在神光Ⅲ原型激光装置上进行的黑腔物理实验中, 利用PIN探头阵列进行了散射光角分布测量。通过拟合分析, 发现原型装置上激光等离子体非线性相互作用较神光Ⅱ装置要强, 其中受激拉曼份额在10%量级, 受激布里渊散射在20%量级。将由此评估的激光靶耦合效率代入辐射温度定标率公式中, 得出的辐射温度值与实验中Dante测量值符合较好, 说明对参量过程份额的评估具有一定可靠性。

报道了基于神光Ⅱ激光装置的全口径背向散射测量系统。系统通过激光聚焦透镜收集激光等离子体相互作用产生的散射光; 两个热能量卡计分别测量波长348～354 nm范围的受激布里渊散射和波长400～700 nm范围的受激拉曼散射产生的散射光。该系统可以测量散射光的能量、功率和光谱图像, 提供优于0.5 nm光谱分辨和10 ps时间分辨的光谱物理信息。同时采用PIN二极管阵列对聚焦透镜外侧附近的近背向散射光信息进行测量。

靶用氘代聚合物的合成与性能研究一直是ICF领域的研究热点。采用聚苯乙烯(PS)经氢化反应制备出非氘代聚环己基乙烯(PVCH), 利用傅里叶红外光谱仪、核磁共振仪和凝胶渗透色谱对PVCH结构进行了表征, 表征结果与目标结构吻合良好, 同时摸索出最优合成条件, 并通过差式扫描量热仪和热重分析仪对其热性能进行分析。结果表明：PVCH相对于PS的玻璃化转变温度和初始分解温度都有所提高, 分别达到146 ℃和345 ℃; PVCH在溶解度方面也得到改善, 可以完全溶于石油醚和环己烷中。

针对ICF系统要求, 提出了一种基于统计理论的大口径光学元件功率谱密度测量方法。该方法将大口径波前划分成足够多个子区域, 分别求得每个子区域波前的功率谱密度, 根据统计理论可将大口径波前功率谱密度表示为各个子区域波前功率谱密度的加权平均, 其权重因子是各子区域对应的面积。模拟计算和实验结果验证了统计法测量的有效性, 并表明当子区域个数大于等于8×8时, 统计法测量和子孔径拼接测量得到的功率谱密度吻合较好。统计法测量对平台移动精度和环境稳定性要求不高, 可应用于大口径光学元件功率谱密度的过程检测。

以四氯化钛为源物质, 氩气为载气, 氧气为反应气体, 利用低温等离子体增强化学气相沉积在硅基表面制备出了TiO2薄膜。使用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪等检测分析表征TiO2薄膜的性能与性质, 并探讨了工艺条件如基片材料、沉积时间和基片温度对薄膜性能的影响。结果表明：制备的薄膜表面光滑均匀, 结构致密, 最小晶粒尺寸约15 nm; 薄膜的晶型主要依赖于沉积温度, 低于300 ℃沉积的薄膜是无定形的, 300 ℃之上沉积的薄膜是锐钛矿结构。

为了提高高功率线极化径向线阵列天线性能(口径效率及反射特性等), 实现更优的径向线线极化阵列天线辐射, 通过提高单元天线性能、调整阵列布局、改进馈电径向线和探针这3种途径对其进行了优化, 并对其进行了理论分析、数值仿真和实验研究。实验结果表明:在中心频率1.57 GHz下, 驻波比为1.19, 增益为17.65 dBi, 轴比为-39.2 dB; 在1.47～1.77 GHz的频率范围内驻波比都小于1.4。

基于OpenMP标准分别设计了粒子模拟方法中电磁场计算、粒子运动求解、电荷密度和电流密度更新的并行计算实现算法。在多核计算机上对所设计并行算法进行了性能测试和分析, 根据分析结果在3维并行粒子模拟软件CHIPIC3D上实现了基于OpenMP的并行计算功能, 并应用其对一种扩展互作用振荡器进行了基于OpenMP的并行模拟和基于OpenMP/MPI混合模式的并行模拟。模拟结果表明并行算法正确并能取得较高的加速比。

提出一种适用于高阶Debye, Drude, Lorentz及其混合模型的改进移位算子的时域有限差分(SO-FDTD)方法。从介质极化率函数出发, 将其写成一阶或二阶有理分式求和的形式, 并在随时间步推进计算的过程中, 通过引入中间变量和设置临时变量, 克服了常规SO-FDTD将高阶模型直接转化为有理分式所导致的计算复杂性和内存占用量大的问题。同时, 改进SO-FDTD方法的时域推进计算步骤具有通用性, 克服了常规递归卷积(RC-FDTD)方法对各种高阶模型具有不同计算公式, 因而不能形成通用计算程序的问题。最后, 通过空气-高阶色散介质界面的反射系数计算验证了算法的有效性和通用性。

综述了近年来, 特别是近两年来国内外透明Nd:YAG激光陶瓷的研究与应用情况, 重点对我国的透明Nd:YAG激光陶瓷研究近况进行了分析, 指出了透明Nd:YAG激光陶瓷是目前陶瓷研究的热点。提出了透明Nd:YAG激光陶瓷研究中尚存在的问题和我国在此领域中与国外研究的巨大差距。分析指出：我国研究透明Nd:YAG激光陶瓷的各个院所之间, 应该强强联合, 优势互补, 对该领域的理论和制备工艺进行更为深入的研究。

为了测量超高速碰撞过程中产生的闪光现象, 进而研究相近碰撞速度、不同入射角度(弹道与靶板平面的夹角)条件下超高速碰撞产生闪光在整个物理过程的闪光强度随时间的变化规律, 设计了适用于瞬态闪光测量的光学高温计测量系统。通过二级轻气炮加载LY12球形铝弹丸, 运用设计的瞬态高温计测量系统分别进行了入射角度为30°, 45°, 60°和90°相近碰撞速度条件下碰撞LY12铝靶产生闪光现象的测量。获得了平均碰撞闪光强度峰值与碰撞角度的关系, 平均碰撞闪光强度峰值随碰撞角度的减小而增大, 碰撞角度为30°时表现更为明显。

为精确再现超强飞秒脉冲激光在大气中的传输特性, 有效控制激光诱导等离子体通道的性能参数, 基于扩展的非线性薛定谔方程, 研究了空气中产生的等离子通道的演变过程。该模型在考虑衍射、色散和多光子效应的基础上, 引入了拉曼散射、等离子体尾波场和相对论自聚焦等多种效应。讨论了电子密度和光强通量的空间分布特性, 运用分步傅里叶法和有限差分法得到了电子密度和光强通量的分布, 仿真结果显示, 激光波长、单脉冲能量、脉宽和束腰半径等初始参数的变化将对等离子体通道的演变产生显著影响, 为超短脉冲强激光在大气中成丝位置和形态控制提供了可能的途径。

提出了一种变插入层电导率和介电常数的三层(A-B-A)绝缘结构。分析了插入层(A)电导率和介电常数对三层绝缘结构真空-绝缘子-阴极三结合点处和真空-插入层绝缘子(A)-主绝缘子(B)三结合点处电场的影响, 结果发现通过控制插入层电导率和介电常数可以有效降低真空-绝缘子-阴极三结合点处的电场又不至于使真空-插入层绝缘子-主绝缘子三结合点处电场过高。考虑了介质表面带电的情况, 分析插入层介质表面带不同极性电荷对真空-绝缘子-阴极和真空-插入层绝缘子-主绝缘子两个三结合点电场分布的影响。估计了三层绝缘结构真空沿面闪络电压的变化趋势, 发现在插入层电导率或介电常数不断增大时, 真空沿面闪络电压会呈现先上升后下降, 最后趋于稳定。

为了解感应电压叠加器(IVA)对馈入脉冲的响应特性, 尤其对上升前沿、平顶的影响, 从理论和实验两个方面对IVA模块进行了研究。介绍了IVA的工作原理, 利用集**数方法建立了相应的电路模型, 通过拉普拉斯变换分析了感应电压叠加器对方波脉冲上升前沿和平顶的响应,并在一个特定的IVA模块上进行了实验研究。选择输出阻抗约1.2 Ω、脉宽约1 μs的脉冲形成网络作为馈源, 在匹配负载上得到的波形与输入波形在幅值、上升前沿方面达到了很好的吻合, 平顶出现略微的顶降, 与理论预期相一致。

为减小线圈响应时间, 提高脉冲大电流信号的测量精度, 设计了ns级快脉冲响应的Rogowski线圈。根据电磁理论, 给出了线圈关键参数的计算公式, 并对其进行了工程制作。通过引入50 Ω的阻尼电阻, 消除信号电压波形前后沿处的高频寄生振荡。对Rogowski线圈的等效电路进行了Pspice电路模拟, 验证了线圈的输出特性, 与理论分析结果一致。用50 ns和10 ns方波脉冲分别对线圈进行定标, 其响应时间分别为2.43和1.10 ns, 灵敏度为3.34 A/V。利用该线圈对高压ns脉冲发生器的负载电流进行测量, 结果表明线圈能够较好地响应10 ns, kA级脉冲大电流信号。

介绍了4支路并联快前沿直线脉冲变压器驱动源(FLTD)模块的初步实验结果, 在工作电压160 kV时, 次级短路放电电流幅值达到103.4 kA, 电流前沿为78 ns(10%~90%)。利用微分环测量了4只开关在工作电压120 kV时的同步情况, 研究分析了开关同步对放电电流幅值和波形的影响。开关同步小于15 ns时, 放电电流幅值变化不明显, 电流幅值的标准偏差约3.62 kA, 电流波形没有明显畸变; 开关同步15~25 ns时, 放电电流幅值略有下降, 电流幅值的标准偏差约8.59 kA, 电流波形有一定程度畸变; 开关同步大于25 ns时, 放电电流幅值明显降低, 电流的标准偏差显著增大, 电流波形发生严重畸变。

利用拉普拉斯方法严格求解双电报方程, 得到了内外线传输时间不相同的螺旋Blumlein脉冲形成线在纯电阻负载上输出电压波形的解析表达式, 分析并讨论了螺旋Blumlein脉冲形成线内线传输时间等于外线、小于外线和大于外线等3种情况下输出电压的特点, 同时与波过程分析方法进行了比较, 结果完全一致。研究结果表明, 对于内外线非等传输时间的螺旋Blumlein脉冲形成线, 与传统Blumlein脉冲形成线相比, 具有其显著的特点。