搭建了一台全光纤结构的光纤激光器。采用双端泵浦结构, 共有36个泵浦输入端。在使用其中的24个泵浦输入端, 泵浦功率为1 477 W时, 获得了1 008 W高功率输出, 光光转换效率为68%。输出激光的中心波长为1 082 nm, 半波全宽为3 nm。目前激光器输出功率受限于泵浦功率, 增加泵浦源的数目有望进一步提高输出功率。

利用自行开发的CatchGhost软件, 全面快速地对某近轴光学系统中危害性鬼点的位置和能量进行了精确的计算, 为装置的设计和运行提供了支持。该软件可在较短时间内完成超大量的计算, 能一个不漏地分析系统中的鬼点, 并较准确地计算鬼点的能量和位置, 进而自动筛选出危害性鬼点。计算中考虑了与能量相关的反射率、增益、损耗、元件卡光及小孔板等因素, 使得计算结果具有很高的准确度和实用价值。

研制了一台实用型放电泵浦的351 nm XeF(B-X)准分子激光器, 激光器采用新型开关电源、结构紧凑型张氏电极及放电火花预电离的激光腔结构, 通过优化储能电容和放电电容量及比值, 选取合理的工作气体压力和配比, 优化了激光器性能, 提高了激光器输出参数:单脉冲能量153 mJ, 平均功率12.9 W, 转换效率最高达到0.88%, 重复频率1~80 Hz, 能量不稳定度小于4%, 近场光斑尺寸7 mm×22 mm。激光器已应用到常规抗蚀剂曝光的印刷电路板(PCB)激光投影成像照明系统的实验中。

采用计算流体力学方法, 研究了以氮气为载气的新型高总压氧碘化学激光器(COIL)阵列喷管。模拟结果表明:采用高马赫数的氮气流引射低马赫数的氧气流, 可以提高光腔出口的驻点压力；高超声速的氮气与声速的氧气混合较慢, 在喷管出口安装翼片有利于增强气流混合；喷管出口安装大翼片, 翼片诱导的横向涡可以到达氮喷管的中心, 光腔内混合比较充分。通过采用10组分21反应的化学反应模型, 模拟了阵列喷管内多组分气体的混合和化学反应过程。模拟结果表明：光腔内生成了激发态碘原子和基态碘原子, 光腔中获得了正增益, 而且光腔出口的总压也由2.6 kPa提升至28.9 kPa。

传统的四步相移算法在分析相位掩模干涉图时存在相移值误差、分辨力降低和相干噪声等不足, 从而影响了动态干涉仪的性能。为了提高相位掩模干涉图的分析精度, 提出了一种基于低通滤波的相位解调方法。该方法根据相位掩模引入相位的空间频率远大于被测相位空间频率的最大值, 采用低通滤波的方法提取相位信息。数值分析结果表明, 该方法的精度高于传统四步相移算法。分析干涉图的信噪比, 合理选择低通滤波器, 可进一步提高相位解调的精度。

采用数值模拟的方法研究了激光重复频率、点火位置及来流马赫数等参数对激光能量沉积减小超声速钝头体波阻的影响。数值模拟结果表明, 由于激光能量的沉积产生的低密度区与弓形激波相互作用, 在钝头体前形成了类似虚拟尖锥的回流区, 使原弓形激波逐渐向阻力较小的斜激波转变。阻力随着频率的增加而减小, 当频率增加到200 kHz时, 阻力减小到约为原来的17%, 能量效率的最大值出现在频率为50 kHz处。说明控制参数的选择对减阻性能起着关键的作用。

按单色光束傍轴度的定义, 对高斯涡旋光束的傍轴度进行了研究。使用角谱表示法推导出高斯涡旋光束傍轴度的解析公式, 用此研究了傍轴度和高斯涡旋光束参数之间的关系。结果表明, 随背景高斯光束束腰宽度和光涡旋离轴参数的增加及随光涡旋拓扑电荷的减少, 高斯涡旋光束的傍轴度增加。对所得结果用傍轴度与远场发散角间的关系做了物理解释。

以激光介质的第一主应力为评判标准, 依据Griffith微裂纹理论作为断裂临界应力, 基于已报道的断裂实验数据和3维、瞬态的有限元计算, 建立了预测一定泵浦参数下钕玻璃断裂可能性的Weibull统计模型, 同时分析了影响介质泵浦极限的其它因素。结果表明：材料的抛光工艺决定了介质的断裂应力;对于短脉冲大能量方式工作的钕玻璃介质, 基于美国20世纪90年代的抛光水平, 1 Hz以下低重频时应优先考虑18 kW·cm-2的泵浦饱和极限, 10 Hz以上高重频时应优先考虑介质的断裂极限。

采用单电子模型研究了不同偏振、不同强度飞秒脉冲激光作用下电子振荡导致的辐射的空间分布特性。研究发现:随着激光强度的增加, 对圆偏振激光脉冲, 电子辐射的空间分布由全空间分布变为前向双叶型结构, 而对线偏振激光脉冲, 电子辐射的空间分布由类似于偶极天线辐射特性的四重对称双叶结构变为双重对称三叶型结构, 这可以为实验研究电子的辐射提供空间分布的相关依据。

为研究880 nm高功率半导体连续激光器对光学元件的损伤特性, 选择了K9玻璃、ZnSe晶体和无氧铜进行镀膜加工, 形成高反射率和高透过率的光学元件。通过调节到达光学元件表面的平均功率和改变光斑大小来改变光学元件表面的功率密度, 并连续照射30 s, 最终通过显微镜来观察元件的激光损伤形貌。研究结果表明：镀高反膜的K9玻璃在功率密度达到600 W/cm2时, 膜系表面出现烧熔现象, 当达到1 000 W/cm2时出现炸裂现象, 而无氧铜基底镀金反射镜在上述功率密度下未发现损伤；而镀增透膜的ZnSe晶体在激光功率密度高达1 000 W/cm2时, 通过显微镜观察没有发现明显的损伤, 热像仪显示基底温升为5 ℃。

根据目标红外辐射特性形成的机理, 探讨了人工光源对目标红外特性调制的方法。通过建立人工光源照射目标的理论模型, 对人工光源照射时目标的表面温度进行了仿真计算与实际测量, 在此基础上对目标红外辐射进行了计算与分析。结果表明：人工光源可以对目标的红外特性进行调制, 调制的效果取决于光源的照射功率、照射时间、照射距离及光源的入射角。一般情况下, 夜晚照射时调制效果明显, 白天照射时调制效果不明显。

以硅反射镜材料为例, 对长时热变形下镜面吸收率、镜夹持半径及激光功率等参量对氧碘化学激光输出光束特性的影响进行了研究,给出了参量选择范围。模拟计算结果表明:镜面吸收率是控制输出功率的关键因素之一, 要保证在出光10 s内输出功率下降程度小于20%, 吸收率应不超过3.0×10-4。在四点夹持的情况下, 镜面夹持半径大小与输出光束大小相关, 当夹持半径与输出光束半径的比值大于1.40时, 可以避免夹持过小造成的镜面边缘处发生畸变的现象。

提出了一种针对星间激光链路反射式光学天线的非高斯畸变模型, 利用该模型研究了波前畸变对系统瞄准偏差的影响, 并且与高斯型波前畸变所得结果进行了对比。理论分析和仿真结果表明：对于高斯型和非高斯型畸变, 系统的瞄准偏差都会随着畸变范围的增大而增大, 随着畸变位置相对光束中心距离的增大先增大后减小。当畸变形状可以用其平均变化量来近似时, 随着畸变深度的变化, 瞄准偏差呈周期性变化趋势, 振荡周期峰值的包络与畸变形状有关；对于不能简单用均值变化量代替其形状的畸变, 随着畸变深度的增加, 瞄准偏差的变化不具有周期性。仿真结果显示:对口径为0.25 m的反射式光学天线, 当遮挡比为0.1时, 如果畸变范围超过0.01 m×0.01 m, 系统将会产生比较明显的瞄准偏差。

针对传统的波前重构器计算效率低、稳态误差大的问题, 提出了阈值式波基多分辨力波前重构算法, 采用4维波基作为标准正交基, 将波前相位畸变投射到4维波基上, 使伪逆矩阵变为稀疏矩阵, 有效地减少了计算量, 并采用阈值法去除波前重构矩阵算子中对精度影响较小的高分辨力波基系数, 进一步增加了矩阵的稀疏程度, 提高了运算效率, 并与传统的最小二乘法、Zernike模式法和迭代法进行了计算量和均方根误差的比较, 仿真结果表明该算法无论在计算速度和收敛精度上均优于其它算法。

引入了一簇互相正交的超洛伦兹-高斯光束以描述半导体激光器所产生的大角度高阶模远场分布。将分数傅里叶变换应用于超洛伦兹-高斯光束SLG11模的传输特性的研究中。利用傅里叶变换的卷积原理, 导出了SLG11模经分数傅里叶变换系统后场分布的解析表达式。根据所得到的公式进行了数值计算, 系统分析了分数傅里叶变换阶数和光束各参数对SLG11模在分数傅里叶变换面上光强分布的影响。结果显示：SLG11模在分数傅里叶变换面上的归一化强度分布随分数傅里叶变换的阶数呈周期性变化, 周期为2；随着光束参数的增大, SLG11模在分数傅里叶变换面上的光斑尺寸增大。

为了给燃烧驱动连续波DF/HF化学激光器中喷注器的设计提供参考, 采用原级标准(质量-时间法), 对5种不同结构的喷注器进行了流量标定实验, 研究了喷注器的流量特性。采用边界层的相关理论, 对实验结果进行了科学解释。实验结果显示：随着入口压力的升高, 流量系数增大, 流量系数的范围是0.677~0.772；在入口压力相同的条件下, 流量系数随着通径的增大而增大, 随着长度的增大而减小；斜孔的流量系数比尺寸相同的垂直孔略小。

研究了不同几何外形参数对直线分段扩开型氧碘化学激光器(COIL)扩压器性能的影响, 实验结果表明：光腔上下壁扩开全角8°时, 选取4°超扩段扩散角可获得较好的压力恢复和隔离光腔流场的能力；超扩段增加2 mm竖隔板可降低光腔后部壁面静压, 且截止反压提高约12%；在相同腔压下, 10°截角唇口的截止反压比直角唇口和1/4圆弧唇口截止反压高出约7.6%；超扩段入口四壁增加人工粗糙带能明显改善光腔壁面静压的分布, 并有效提高扩压器效率。

根据固态热容激光器的动态工作特性, 考虑热力学参数与温度的关系, 采用3维有限差分方法模拟分析了薄片热容激光器的3维温度和热应力分布随时间的变化关系。计算了热容激光器的热畸变和退偏损耗随时间的动态变化规律, 并与采用连续水冷却方式工作的圆棒激光器的热畸变特性做了比较。模拟结果显示, 形变是引起波前相位畸变的主要因素, 退偏损耗随泵浦时间增加和泵浦功率增大而非线性增大。

为避免啁啾脉冲堆积宽带激光的空间调制对光学元件的损坏, 数值研究了其非线性传输过程中时域调制对光束空间调制产生与增长的影响。结果表明：光束未叠加空间调制时, 若B积分在实际工作范围内, 堆积子脉冲间干涉引入时间调制外, 叠加与未叠加时间调制, 正反常色散情况下光束空间上均不会产生调制, 因而也没有调制增长, 然而, 当B积分进一步增加时, 光束空间将产生调制, 并能快速增长；当光束引入空间调制后, 在反常色散情况下, 与时间未额外叠加调制相比, 时间额外叠加调制时空间调制增长速度明显加快, 而在正常色散时, 额外添加时间调制与不添加调制, 空间调制增长的差别很小。

基于现有的文氏咀流量供给管道, 提取出轴对称2维计算模型, 计算了不同背压下文氏咀及下游管道的流场特性。计算结果显示, 随着背压的升高, 激波在管道内经历了3种状态, 在直管道内为斜激波, 到转接段时为拟正激波, 进入文氏咀后则为正激波。在进行文氏咀流量计的设计时, 应尽量将正激波控制在文氏咀喉道或向下游延伸的一小段距离内, 此时是文氏咀的最佳工作状态。另外, 采用壁面开孔法在文氏咀下游选取测压点时, 为了准确测量截面上的静压, 应将测压点选取在距离直管道入口数倍管径处, 一般不低于8倍管径。

介绍了基于Yb:YAG薄片的16通泵浦耦合系统的设计方法, 建立了泵浦系统的模型, 对模型进行了模拟。以16通泵浦耦合系统为基础, 通过微通道冷却, 利用国产单片直径10 mm、厚度为250 μm、掺杂原子分数为10% 的Yb:YAG薄片进行了实验研究。在泵浦功率为69.5 W时, 采用曲率半径为-800 mm的输出镜, 获得了27 W的1 030 nm连续激光输出, 光光转换效率为38.8%；采用曲率半径为-2 000 mm的输出镜, 获得了18.65 W的1 030 nm连续激光输出, 光束质量平分因子小于等于1.1, 光光转换效率为26.8%。

使用蒙特卡罗数值模拟程序研究了不同电子束和激光强度下, 尾场电子束与超短脉冲激光发生汤姆逊散射获得的X光子能谱、角分布等, 初步探索了180°散射下高质量X射线光源所需要的电子束与激光强度。数值模拟结果显示, 为了尽量提高光子产额并抑制非线性效应, 激光归一化强度应为1的量级。为了获得方向性和单色性好、亮度高的X射线脉冲, 需要较高的电子能量和较小的电子能散, 电子束脉冲尽量短, 且发散角尽量小。

基于单模双环掺铒光纤激光器混沌反馈相移控制方法和物理模型, 分别对两种单环反馈相移的物理模型作了讨论。利用耦合器将系统的输出量反馈到系统中, 选取适当的反馈系数, 并在反馈通道上加入相移控制器控制反馈光的相移, 通过对反馈系数和反馈光相移的控制可以有效地控制激光输出的混沌态、稳定态和周期态。在此基础上, 对激光器双环反馈相移控制方法作了详细分析, 研究了反馈系数和反馈相移对单模双环掺铒光纤激光器激光混沌双环反馈相移控制模型的影响, 并得到一定的规律。

分析了冲击、振动对车载精密光学系统的影响, 指出了光学平台的变形和振动是影响车载精密光学系统精度和稳定性的主要因素, 提出了车载光学平台双层隔振系统的设计方案。采用ANSYS有限元方法分析了光学平台隔振系统的振动模态和减振比, 完成了车载状况下的光学平台振动测试。分析与测试结果表明, 车载光学平台的双层隔振结构具有良好的稳定性, 且对环境强振动有很好的衰减作用。该双层隔振技术方案及其分析测试方法, 对于各种车载精密光学系统和设备具有重要的工程应用价值。

采用电弧熔炼制备出前驱体Mn-Cu合金, 在稀盐酸溶液中自由腐蚀去合金化, 制备出具有双连续结构的纳米多孔铜。研究了前驱体合金的成分对纳米多孔铜微观结构及Mn的选择性腐蚀程度的影响。结果表明：前驱体Mn-Cu合金的Cu原子分数为43%时, 其去合金化受到抑制, 存在明显的未完全去合金化的岛状结构；前驱体Mn-Cu合金的Cu原子分数为32%～23%时, 可完全去合金化, 形成平均孔径尺寸为20～100 nm, 平均系带尺寸为30～80 nm, 具有双连续结构的纳米多孔铜；前驱体Mn-Cu合金的Cu原子分数低至20%时, 去合金化后存在大量裂纹, 形成纳米颗粒聚集体。纳米多孔铜中存在少量的残余Mn, 残余Mn的原子分数随着前驱体合金Mn原子分数的增高而降低。实验表明腐蚀液浓度对纳米多孔铜形貌也存在影响。

针对方口径压电薄膜变形镜, 采用傅里叶级数法推导了其机电行为的数学解析式。并利用该表达式对该类变形镜的交联值、使用口径等性能指标进行了研究。结果表明：交联值随电极尺寸呈线性变化关系, 在可用范围内保持在0.6以上, 压电薄膜变形镜大的交联值保证了其对低阶像差强的校正能力；变形镜的校正能力与通光口径密切相关, 其最佳使用口径比约为0.8。

提出了利用多层膜聚光镜提高Schwarzschild显微镜成像均匀性的方法。设计了聚光镜的光学结构, 使80%的等离子体辐射能量会聚在约08 mm直径的范围内。根据成像系统的工作波长和光线在聚光镜表面的入射角度, 设计了Mo/Si周期多层膜, 制备了聚光镜光学元件, 膜层周期厚度为9.64 nm, 周期数为30, 对18.2 nm波长的峰值反射率为51.7%。利用所设计的聚光镜作为照明系统, 对Schwarzschild物镜进行了网格成像实验。结果表明:在1.2 mm视场内可以实现2.5 μm的空间分辨力, 并且完全消除了物镜中心遮拦所造成的像面光强分布不均匀性。

采用亚硫酸金钠为主盐, 在阳极氧化铝模板上进行了化学镀和电镀金实验研究。通过扫描电子显微镜和X射线衍射分析测试表明:采用以上两种方法均能制备出纳米多孔金薄膜。两种方法制备的多孔金薄膜微观结构存在较大的差异。化学镀制备的多孔金薄膜微观上是枝晶状的, 电镀制备的多孔金薄膜微观上由纳米线构成。

采用溶胶-凝胶法制备了含有吸收性杂质和非吸收性杂质的SiO2增透膜, 采用波长为1 064 nm的激光对其进行了小光斑激光预处理, 对比研究了预处理前后的激光损伤差异, 研究表明：激光预处理对于洁净的SiO2薄膜影响不大；含10 μm SiO2颗粒杂质的样品微透镜效应很明显, 容易成为损伤起始的种子, 激光预处理后情况有所改善；含有CeO2颗粒杂质的样品表现出了很强的吸收性质, 损伤阈值降低到不足洁净样品的一半。所有样品激光预处理后损伤形貌未发生变化, 透光率峰值均有约50 nm的蓝移。

针对超高压下透明材料的高压离化机理, 分析了透明材料中冲击波直接诊断技术的基本方法。利用Drude自由电子气模型, 分析了不同冲击压力下冲击波阵面反射率的变化。设计了专门的实验, 将探测器致盲区与信号区错开, 获得了蓝宝石中冲击波阵面反射的信号。结果表明:冲击波速度为32 km/s时, 其波阵面的反射率约为35%, 致盲效应出现时间与激光脉冲峰值到达时刻相同, 持续时间也与激光脉宽相同。分析了致盲应产生的原因, 并提出了解决办法。给出了加蓝宝石窗口后的测速公式,经过和实验对比, 确认了测速公式的正确性。

采用蒸发铍原子与非平衡态氢原子反应制备了透明的BeH2薄膜。扫描电子显微镜(SEM)观察到薄膜表面存在微孔洞, 红外光谱显示在722 cm-1有一个强烈的吸收峰。采用密度泛函理论(DFT)对BeH2网状结构进行了计算, 得到的3个基本振动模式的频率和强度与文献中BeH2粉末的实验数据基本一致, 其中弯曲振动的计算频率为747 cm-1, 与BeH2薄膜的红外吸收峰一致。推测BeH2薄膜的结构与BeH2粉末有所不同, 因而导致某些振动峰被抑制。

为了获得高质量光学表面的碳化硅反射镜, 利用射频磁控溅射方法, 在直径70 mm的RB-SiC基片上沉积了厚约100 μm的Si改性涂层, 对改性层进行超光滑加工, 并对改性层的表面形貌及性能进行了测试。ZYGO表面粗糙度仪测试结果表明, 抛光后Si改性涂层表面粗糙度均方根值达到了0.496 nm；X射线衍射仪测试显示, 制备Si改性涂层为多晶结构；使用拉力机做附着力测试, 结果表明膜基附着力大于10.7 MＰa。证明采用磁控溅射技术制备的Si改性涂层均匀、致密、附着力好, 能够满足RB-SiC材料表面改性要求。

在高温高压下, 以单分散的P(St-MAA)为种子微球, 采用碱/冷却法制备了P(St-MAA)中空聚合物微球。研究了乳化剂 (Tween-80和Span-80) 组成对P(St-MAA)种子微球的影响和压力对其形成中空结构的影响。扫描电子显微镜、透射电子显微镜等测试分析表明, 乳化剂组成对种子微球的分散性影响明显：P(St-MAA)粒子的单分散性随着Tween-80含量的增加而逐渐变好。当单体St与MAA质量比一定时, 乳化剂Tween-80与Span-80的质量比为3∶1时, 可得到制备中空微球必需的单分散P(St-MAA)种子微球；种子微球经高温高压处理后, 可形成平均壁厚为50 nm的单分散中空聚合物微球。

在SILEX-Ⅰ超短超强激光装置上, 研究了30 fs,1.0×1019 W/cm2超短超强激光脉冲与薄膜靶作用产生的发射光谱。对于3 μm厚的铜靶, 在激光沿靶面的镜面反射方向观测到二倍频和3/2倍频光谱, 且都发生了红移。由红移量推测出等离子体反射面的后退速度约为2.6×108 cm/s。对于200 nm厚CH靶, 沿激光传播方向观察到超连续光谱, 光谱波长范围从约300 nm延伸至约940 nm。利用MULTI-1D流体程序, 模拟了超强激光的预脉冲与薄膜靶相互作用过程, 结果表明,预脉冲对预等离子体的密度分布有显著影响, 是导致实验观测光谱差异的原因。

利用荧光灯等离子体管覆盖金属腔体内壁, 测量了筒状等离子体覆盖的金属腔体对电磁波的回波衰减。测试结果表明:金属圆筒内壁的等离子体能够有效吸收0.80~1.75 GHz波段的入射波, 入射电磁波的回波衰减值为5~25 dB；当入射电磁波频率接近1.75 GHz时, 回波衰减最为强烈,在入射角度为10°时, 吸收峰值可达26.71 dB,因此选择合适的电磁波入射角度, 能够使等离子体对微波的吸收达到峰值。理论分析了影响等离子体对电磁波衰减的主要因素。结果表明：等离子体可有效缩减腔体结构的雷达散射截面面积, 因此在进气道等腔体结构的隐身方面具有一定的应用前景。

研究了极紫外波段的双功能光学元件。采用周期膜叠加的思想, 运用遗传方法优化设计了在19.5 nm处高反, 在30.4 nm处抑制的双功能多层膜。采用磁控溅射技术制备了多层膜, 利用X射线衍射仪测试了多层膜的结构, 在国家同步辐射实验室测试了双功能多层膜的反射特性。结果表明：制备出的双功能膜性能与设计相符, 在入射角13°, 19.5 nm处的反射率达到33.3%, 接近传统的19.5 nm周期高反膜的反射率, 并且在30.4 nm附近将反射率由1.1%降到9.6×10-4。

利用双荧光层复合靶产生的Kα特征线强度比诊断了靶内超热电子的温度, 即通过实验测量复合靶中两种不同材料荧光层辐射出的Kα特征线强度比, 结合ITS3.0程序模拟结果, 对超热电子温度进行诊断。将诊断结果与实验中利用电子磁谱仪测量的超热电子温度进行了比较, 二者基本一致。结果表明, 选取适当的荧光层靶厚, 可以利用双荧光层复合靶产生的Kα特征线强度比对靶内的超热电子温度进行诊断。

选取两种不同成分的石墨材料(普通石墨和掺铜石墨)分别设计制作了用于电子显微镜实验的阴极样品和用于重频长脉冲高功率微波产生实验的阴极, 并开展了初步实验研究。实验结果表明:掺铜石墨与普通石墨在微观结构方面存在明显不同, 且掺铜石墨阴极在发射性能、微波脉冲宽度和微波脉冲后沿离散性等方面可能优于普通石墨阴极, 但优势并不明显, 还待在以后的实验中进一步验证。

采用时域方法测量超宽带天线的辐射中心时, 找出一个参考点, 使天线以此点为中心的辐射波在辐射主轴某一范围内的波形时延最小, 该参考点即为天线的辐射中心。该方法无需考虑馈入脉冲的频率, 仅需观察天线辐射场各方向的波形时延。用时域测量方法测量了超宽带TEM喇叭天线的辐射中心, 并用TEM喇叭做为馈源的抛物反射面天线进行了验证, 结果证明了该方法的可行性与准确性。

为了研究回旋管工作模式的选择机理, 分析了圆柱波导开放式谐振腔、光滑同轴谐振腔和纵向内开槽同轴谐振腔相应波导的色散特性, 进而研究了这些谐振腔内模式竞争的问题。对同轴结构波导色散方程作了相应的数值计算, 结果表明,同轴谐振腔利用自身色散曲线与谐振腔内外半径比值的数值关系, 能够使在开放式谐振腔内无法工作的高阶模式在其内部稳定工作。最后, 以德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)研制的同轴回旋管为例, 进行了相应的分析计算,结果表明纵向内开槽同轴谐振腔相对于光滑同轴谐振腔更适合高阶模式的稳定工作。

采用微波等效电路和3维电磁场计算软件研究了负载不匹配对大功率速调管输出腔的谐振频率、间隙阻抗和外观品质因数的影响。并采用1维大信号计算软件研究了负载不匹配对速调管效率的影响。对C波段速调管的研究表明：对于单间隙输出腔, 负载不匹配对谐振频率影响较小, 对间隙阻抗和等效外观品质因子影响较大, 当负载驻波比为1.5时, 谐振腔的谐振频率变化约35 MHz, 间隙阻抗实部最大值变化为3 660~7 998 Ω, 等效外观品质因子变化为36.9~93.5, 中心频率处的效率下降4.6%。对于滤波器加载输出电路, 负载不匹配对阻抗-频率特性和效率-频率特性有较大影响, 当负载驻波比为1.5时, 中心频率处的效率下降11.2%。当负载驻波比小于1.2时, 负载失配对速调管性能的影响较小。

根据串、并馈电微带天线阵列结构, 建立了各自等效参数模型, 定量分析了微带馈电网络功率损耗对微带天线阵列增益的影响, 借助微带线和同轴电缆组成的低损耗混合馈电网络, 采用串并馈电方式, 完成了C波段4×24元高效率微带天线阵的设计。实测天线阵的各项指标均优于设计要求, 其中阵列增益达到25.4 dB, 实现了64.5%的辐射效率, 较相同阵元数目的微带串馈列实测增益提高1.1 dB, 与等效参数理论计算结果很好地吻合。

为解决实验中经常遇到的输出微波频率不纯问题, 提出一种新型磁绝缘线振荡器, 采用2维周期慢波结构, 使对称模式和低阶非对称模的工作频率相同, 在模式竞争条件下得到纯频微波输出。利用3维电磁场软件计算表明,新型磁绝缘线振荡器的慢波结构的对称模式和低阶非对称模的π模谐振频率相同;3维粒子模拟计算表明, 在450 kV,40 kA输入条件下, 微波输出平均功率由2.4 GW提升至2.8 GW,输出模式为多种模式混合, 频率为单一的1.22 GHz。

运用3D粒子模拟软件MAGIC分析了矩形螺旋线行波管(TWT)的注-波互作用过程。模型设计了电导率线性渐变的电阻耦合器代替同轴输入输出结构来减少反射, 消除自激震荡。仿真结果表明： 矩形螺旋线TWT模型能够进行有效的注-波互作用, 完全可以反映管内互作用的非线性本质, 证明了模型设计的合理性, 并对影响注-波互作用的一些重要参量进行了讨论。设计的X波段TWT可达到的指标为：工作频率8~12 GHz, 输出功率峰值达480 W, 3 dB带宽为4 GHz, 电子效率为11.8%。

基于时域有限差分法(FDTD)对PET回旋加速器内部束流测量探头的热传导过程进行了数值模拟。定义了运动和固定两种探头测量模式, 在辐射散热的条件下, 分别研究了3种探头材料(铜、钽、钨)在两种模式下的表面最高温度和尾部温度随功率加载时间的变化。研究表明：运动模式下, 3种探头材料没有明显的优劣, 探头速度选为10 mm/s较为合适；固定模式下, 由于铜材料具有高黑度、高热导率的优点, 是设计探头的最佳材料。

针对高能闪光照相投影图像消模糊难度大的问题, 提出了一种基于全变分正则化的消模糊图像重建算法, 该算法根据闪光照相的成像特点, 将客体的纵向截面作为一个整体来进行建模, 并在重建方程中考虑了模糊因素, 然后采用全变分范数作为正则项, 构建了用于消模糊图像重建的展平泛函, 将消模糊图像重建问题转化为能量泛函极小化问题, 通过固定点迭代算法求解图像重建问题的最小化解。数值模拟结果表明：该算法由于考虑了闪光照相成像时的图像模糊因素, 在重建时能够较好地消除模糊对重建结果的影响, 在抑制噪声的同时能较好地保持图像的边缘信息, 有利于提高重建图像的质量。

涡流效应是较快重复频率加速器必须考虑的问题。涡流效应引入的六极、四极、二极分量, 以及发热效应都会对环的参数如色品、工作点、共振、能量漂移等产生影响。通过计算引入不同效应的强度, 模拟了各种效应对环参数的影响, 并针对不同升能曲线和升能频率引入涡流效应的计算和比较, 得出了在目前考虑的频率范围内, 对主环影响较大的效应为六极场, 其它效应的影响需要较大的重复频率。并以此为依据选择了最终的工作曲线为半正弦, 上升时间为0.7 s。

利用飞行时间质谱法诊断了含氢电极脉冲真空弧离子源放电等离子体成分、离子电荷状态及离子扩散速度等特性。实验结果表明, 含氢电极脉冲真空弧离子源放电等离子体的离子成分主要由H+,Ti+,Ti2+和Ti3+组成, 其中Ti2+占主要部分。当放电电流为40～80 A时, Ti离子的平均电荷数在1.95～2.13之间, 随着放电电流的增大, 平均电荷数也会增加。同时诊断了不同离子的扩散速度, 其值均在104 m/s量级, 但不同离子的扩散速度有所不同。

针对探针与接地极板间的阻抗匹配问题, 通过对超高速碰撞产生等离子体特征参量诊断系统的理论分析, 获得了超高速碰撞产生等离子体的频率组成特征；基于该理论特征建立了一种适用于超高速碰撞产生等离子体的探针测量系统, 并利用该探针测量系统进行了LY12实心球形铝弹丸超高速碰撞LY12铝靶实验, 得到了该实验中超高速碰撞产生等离子体的功率谱特征。理论分析及实验获得的功率谱结果均表明超高速碰撞产生的等离子体具有低频为主的频谱特征：当频率低于5.8 kHz时, 功率谱线比较平滑且幅值较小；频率达到11.0 kHz时, 功率谱线的峰值和功率全谱峰值相近。因此频率在5.8~11.0 kHz范围的低频频段对功率谱线的峰值贡献较大, 频率超过11.0 kHz时, 功率谱线的大幅度抖动对功率谱线的峰值贡献较小。理论及实验结果证明了实验系统的可靠性和实现过程的合理性。

用基于第一性原理的CASTEP模拟了Ba替代K缺陷前后形成的电子结构和能态密度。发现晶体能带宽度降至6.4 eV左右, 对应着380 nm的双光子吸收, 这一结果可以解释掺Ba晶体在紫外波段的吸收现象。Ba替代K点缺陷仅使其周围的晶格及电子结构发生轻微畸变, 对晶体整体结构影响不大。

利用低温脉冲气阀产生氘团簇束, 在SILEX-Ⅰ激光装置上开展实验, 研究氘团簇在超强超短脉冲激光场中的演化过程, 获得了数十keV的高能氘离子, 这些氘离子的能谱分布与库仑爆炸模型计算结果一致。实验结果表明, 在一定的激光功率密度条件下, 团簇的平均尺度决定了释放出高能离子的能谱分布。激光辐照团簇后, 通过阈上电离部分电子逃逸团簇, 随着初始电离电子屏蔽作用加强, 碰撞电离变成了团簇的主要电离机制。

激光尾波场加速伽玛射线源有望成为新一代小型强伽玛射线源。这种射线源具有高能量、高亮度、小焦斑、超短脉冲输出等特点。利用Geant4蒙特卡罗软件包, 计算了高能尾波场加速电子在高原子序数靶上的轫致辐射谱, 同时在轫致辐射谱的范围内, 计算了几种常用伽玛探测晶体相对发光效率和点扩展函数, 分析了它们与晶体厚度、材料及入射伽玛能量之间的关系, 为将来伽玛探测器的设计提供了理论参考。

设计了一种通过改变缺陷介质折射率实现能带特性改变的可调谐2维光子晶体激光器微腔, 在光子晶体中引入点缺陷磷酸氧钛钾(KTP), 在KTP两端施加交流电场控制KTP晶体折射率变化。实验过程中观察到了正方排列的光子晶体随着KTP 晶体折射率逐渐增大, 晶体禁带数量减少, 且向归一化频率小的方向移动, 禁带宽度基本不变；而三角排列的晶格能带随着KTP折射率增大, 禁带逐渐变窄, 且有向低频方向移动的趋势。用平面波展开法分析了晶体的能带结构, 得到理上的描述。

分析了高能电子、质子对4H-SiC的损伤机理, 建立了4H-SiC NMOS器件物理模型。电子、质子辐照效应模型。应用ISE-TCAD软件进行数值模拟计算, 得出在能量为2.5 MeV、注量为5×1013 cm-2的电子辐照及能量为6.5 MeV、注量为2×1014 cm-2的质子辐照下, 4H-SiC NMOS转移特性曲线和亚阈值漏电流曲线变化的初步规律。数值模拟结果与相同条件下Si NMOS实验结果吻合较好。

采用μs振荡脉冲电源激励同轴电极结构产生空气中介质阻挡放电(DBD), 通过电压-电流波形的测量及发光图像拍摄研究了放电特性, 计算得到了放电功率及传输电荷量等重要放电参量, 研究了电压幅值、气隙距离对放电特性及放电参量的影响, 在分析放电机理的基础上对实验结果进行了解释。结果表明:μs振荡脉冲电源激励下,DBD平均放电功率可达上百W, 传输电荷量可达几千nC；增大电压幅值和减小放电气隙距离能获得更剧烈的放电, 平均放电功率和传输电荷量均增加。

利用通用电路模型程序Pspice, 建立了包含60级感应腔串联的单路直线型脉冲变压器(LTD)电路模型, 次级传输线采用去离子水绝缘,计算分析了感应腔触发时序对LTD输出参数的影响。结果表明, 控制触发时序能够显著改变LTD型驱动源的输出参数。当控制触发时序使得各级感应腔内的开关在闭合前承受一定过电压时, LTD输出电流比单级感应腔同等条件下的输出电流具有更短前沿和更高幅值。假定LTD开关过压击穿电压为400 kV, 通过触发时序的优化可提高LTD装置输出性能：前沿从56.5 ns减少至12.5 ns, 峰值从1 018 kA提高至1 340 kA。

设计了一种辉光放电触发赝火花开关, 对其时延和抖动特性进行系统研究。研究了开关时延、抖动与辉光放电电流、气压、触发电压及阳极电压的关系。当辉光放电电流小于0.30 mA时, 开关无法触发导通；当电流为0.35~0.60 mA时, 随辉光放电电流的增大, 开关时延、抖动减小；当辉光放电电流为0.60 mA时, 开关时延、抖动基本不变, 出现饱和。当氦气气压低于6 Pa, 开关难以触通, 与理论计算值6.95 Pa吻合；当氦气气压为6~12 Pa时, 开关的时延、抖动随气压的升高而减小；气压为12~30 Pa时, 开关工作在比较稳定的状态。当触发电压小于3 kV, 开关难以触通；随着触发电压的增大, 开关时延、抖动减小；当触发电压大于5.3 kV, 开关时延、抖动基本保持不变。开关在稳定工作条件下, 阳极电压在8~25 kV范围内变化时；开关时延基本不变。

电枢与定子线圈轴线的偏差会导致膨胀电枢与线圈的接触点出现跳变, 从而造成磁通损失；这也是影响爆磁压缩发生器输出性能的重要因素。根据发生器的结构以及电枢与线圈的轴向偏心率, 推导出了确断发生器是否发生跳匝的函数表达式。根据这个表达式, 可以很方便地在Matlab计算平台上确定任意线圈结构的发生器的跳匝情形, 并可以精确计算发生跳匝的比例, 从而指导螺旋形爆磁压缩发生器线圈和电枢的设计和安装。

介绍了mini-Marx发生器的工作原理, 总结了快mini-Marx发生器的设计原则。设计了一台10级单极性同轴结构的mini-Marx发生器。设计上将火花开关排成一排,借用前级开关强烈的紫外光以预电离下一级火花开关从而达到可靠运行, 利用开关与屏蔽外筒间的结构电容来锐化高压脉冲的输出, 同时采用紧凑性、低电感设计来获得快前沿的输出。发生器储能70 J, 在70 Ω负载上获得了前沿6 ns、脉宽40 ns、幅度210 kV的高压脉冲。实验结果表明设计合理可行, 达到了脉冲功率系统的小型化设计、获得了快前沿高幅度的高压脉冲。很好地满足了脉冲功率系统对快前沿高压脉冲的需求。用它直接驱动闪光X射线二极管, 在距光源25 cm处获得了剂量大于7.7×10-6 C/kg的闪光X射线。

在超宽谱脉冲产生辐射系统或脉冲功率源中, 常用高压气体开关来产生快脉冲沿的高功率电磁脉冲。为了研究高压氢气亚纳秒开关的击穿特性, 通过实验研究了氢气开关在高气压和短间隙距离条件下的击穿特性。开关输入脉冲的峰值幅度约220 kV, 脉宽3～4 ns。氢气气压4～13 MPa, 间隙距离0.4～1.2 mm。结果表明：开关击穿电压随气压升高而增加, 且开关气压达到11 MPa后击穿电压随气压增加的趋势变缓；开关击穿电压随间距增加而增加, 平均击穿场强随间距增加而减小, 氢气开关平均击穿场强分布在3～7 MV/cm之间；开关导通时间随气压增加略有减小, 随间隙距离增加有小幅增加。