针对Z箍缩驱动聚变裂变混合能源系统对驱动器的总体要求,对可能的技术路线进行了分析评述,结合当前在单脉冲超高功率Z箍缩驱动器和重复频率脉冲功率技术方面的研究基础,提出了混合模式直线变压驱动器概念设计思想,分析了主要的技术难点,明确了相应的关键技术攻关方向,同时对Z箍缩驱动器的总体发展计划提出了建议。

Z箍缩驱动聚变-裂变混合能源堆(Z-FFR)在核安全、经济、持久和环境友好等方面具有优良的品质,有望成为有效应对未来能源危机和环境、气候问题的新能源。从Z箍缩驱动聚变方案与聚变靶设计、重复频率驱动器、次临界包层及产氚包层设计、燃料循环等关键问题方面,对Z-FFR工程概念总体研究情况进行了介绍。

聚变-裂变混合能源堆包括聚变中子源和次临界能源堆,主要目标是生产电能。回顾了国内外混合堆的发展历史,给出混合能源堆设计的边界条件和约束条件,说明次临界能源堆以铀锆合金为燃料、水为冷却剂的设计思想。利用输运燃耗耦合程序 MCORGS 计算了混合能源的燃耗,给出了中子有效增殖因数、能量放大倍数和氚增殖比等物理量随时间的变化。通过分析能谱和重要核素随燃耗时间的变化,说明混合能源堆与核燃料增殖、核废料嬗变混合堆的不同特点。论述了混合堆的热工设计并进行了安全分析。对于燃耗数值模拟程序,通过多家对算,保证其计算结果的可信性。针对次临界能源堆的特点,利用贫铀球壳建立了贫铀聚乙烯装置和贫铀LiH装置,并且专门设计加工了天然铀装置,开展铀裂变率、造钚率、产氚率等中子学积分实验,验证了数值模拟的可靠性。

采用光线追迹法详细分析线阵二极管激光器经微球面柱透镜快轴准直后的光强变化情况，利用快轴准直微球面柱透镜的球差可调整输出激光光强分布的特性，得出了快轴准直输出发散角约5°时光强分布具有较好的平顶形式。根据叠阵二极管激光器输出光的特点，设计了由25个二极管激光器组成的叠阵二极管激光器的光束整形输出系统，该系统由快轴准直微透镜、快轴耦合透镜和慢轴耦合透镜组成，把需要泵浦的激光介质薄片设计在快轴耦合透镜的焦点上，并且在慢轴耦合透镜的成像面附近，得到了7 mm×8 mm的泵浦光斑，光强不均匀性约10%，输出效率达到85%。

采用功率谱反演法构建湍流相位屏，通过横向平移相位屏的方法模拟大气风速引起的湍流时间变化，进而模拟分析了包括时间进程的激光大气传输特性，从波前相位功率谱密度的角度，定量分析了大气风速引起的激光束在大气湍流中传输时的相位特性变化。在此基础上，采用影响函数模拟变形镜对畸变波前的校正作用，对激光束经大气湍流传输后的自适应校正效果进行了预估，分析了大气风速对校正效果的影响。结果表明，大气风速对边界层湍流中光束相位特性的影响很小，然而，对于自由大气湍流中的传输光束，大气风速越大，波前相位畸变程度越大，畸变波前中高频相位比例也越大；环状光束的校正效果受大气风速的影响比平顶光束更小，并且，随着环状光束阶数的增大，校正效果所受影响逐渐减小；在一定相位畸变范围内，畸变程度越大的环状光束的相位校正效果受大气风速的影响越小。

由于遥感图像先验知识难以获取，提出了一种自适应的双树复小波迭代收缩复原算法。该算法根据模糊程度和噪声程度估计正则化参数，并利用经验公式计算收缩阈值。在实际应用中，算法能有效解决两步迭代算法使用固定参数的缺点，从而达到提高图像复原质量的目的。实验表明：相对于两步迭代算法，该算法复原图像的峰值信噪比提高0.64~12.23 dB，收敛速度提高1.4~16倍；同时，算法在提高图像复原质量、抑制噪声干扰及减少计算时间方面优势明显。

采用非临界相位匹配切割,尺寸4 mm×4 mm×20 mm的磷酸钛氧铷(RTP)晶体作为非线性光学晶体,进行了半导体激光端面抽运Nd:YAG/RTP的内腔式光参量振荡获得人眼安全激光的实验研究。对比了不同声光调Q重复频率下的信号光输出特性。在10.5 W的抽运功率和15 kHz的重复频率下,获得了最高900 mW的1.62 μm人眼安全激光输出,光光转换效率达8.6%。1.62 μm信号光和对应的1.06 μm基频光的脉冲宽度分别为4.6和8.2 ns。信号光中心波长在1618 nm,谱线宽度小于0.5 nm。

为获得高功率全光纤中红外超连续谱，采用自制的掺Er锁模光纤激光器作为种子源，激光经过两级放大至1.67 W，泵浦氟化物光纤，获得光谱覆盖1000~2400 nm的超连续光谱；光谱宽度随着泵浦功率的增加而展宽，当输出功率达到1.21 W时，转换效率为72%，并且产生的超连续谱被强烈的调制，在多个波长点处谱功率密度调制到0 mW/nm，但调制波长与泵浦功率无关。

在光反馈式腔衰荡光谱技术中，光谱数据的处理因一种特殊的光谱纹波现象而变得困难。以6 590.8~6 591.6 cm-1光谱范围内水汽分子的光反馈式腔衰荡光谱为基础，根据光谱纹波效应的特性分析结果，提出了一种简单的数据处理方法。利用该方法确定了6 590.871 cm-1处水汽分子吸收谱线的线宽约为0.100 3 cm-1，这与Hitran数据库提供的线宽结果仅有0.002 cm-1的误差，充分验证了该方法的有效性。

搭建了二维超-超引射器实验系统，进行了二次喉道型式引射器启动特性和负载特性实验，获得了引射器混合室内流场纹影图，结果表明：超声速引射器临界启动状态下，混合室内存在反压引起的激波系；引射器完全启动状态下，主激波系可始于混合室后段，无需被完全吞入二次喉道内；二次流对引射器启动有助推效果，可使混合室内激波系后移；一次流对二次流有压缩作用，且一次流工作压力越高，压缩作用越强；一次流、二次流之间会形成明显的混合层，当一次流、二次流静压不匹配时，一次流喷管出口内端壁处将形成较强斜激波，其在固壁与混合层之间反射、交叉，并向下游延伸，会降低一次流引射性能。

针对SILEX-I超短超强脉冲激光装置输出光束光谱分布的精密测量问题,采用脉冲激光相对光谱功率来评价光谱分布,以溴钨灯为标准光源开展相对光谱功率测量方法的研究,获得相对光谱功率的理论计算公式。以SP2760光栅光谱仪作为光谱测量设备在SILEX-I激光装置上进行了光谱分布测量的验证实验,并给出了不确定度评定,获得了扩展相对不确定度1.7%的测量精度。测量结果显示,相对光谱功率分布与光栅光谱仪的原始光谱响应值分布具有显著的差异,可以更加准确地反映输出脉冲的光谱分布。

在高功率密度下产生的非线性效应和材料损伤等问题限制了光纤激光器输出功率的进一步提高。利用大模场光纤降低光纤能量密度，提高非线性阈值是一种最为直接和有效的手段。以空气孔尺寸为光波长量级的全内反射型光子晶体光纤为对象，采用等效折射率模型分析了光子晶体光纤的单模特性，利用有限元法分析了结构参数对光子晶体光纤的模场面积和色散等光束质量参数的影响。设计了一种工作波长为0.40~1.55 μm，模场面积为112.74~258.87 μm2，且在1.27 μm附近可补偿色散的大模场光子晶体光纤。该研究可为高功率光纤激光器大模场光纤的进一步参数优化设计及元件加工提供重要参考。

根据靶面上人为设置的多个标识点之间的几何关系随靶面姿态的变化而变化的特性,设计出一种快速准确的光束-靶面入射角测量算法,满足光束到靶入射角测量的任务需求。在提取靶面已知特征点的基础上,采用光学传感器的内参数,测量出光束到靶入射角,此算法以非接触的方式完成光束到靶入射角的测量。为了验证算法的有效性和实用性,开展了仿真实验,结果表明该方法具有较高稳定性和可靠性。

传统正则化超分辨重建得到的图像往往存在过度平滑或伪信息残留的问题，结合超分辨重建模型对重建图像伪信息的产生进行了分析，针对传统方法的不足提出了基于图像区域信息自适应的正则化方法，通过图像的区域信息将图像划分为平滑区与非平滑区域，对不同区域选用不同的先验模型进行约束。同时考虑人眼的视觉感知特性，结合区域信息实现正则化参数的自适应选取。实验结果表明该方法在抑制重建图像伪信息的同时能有效保护细节，效果要优于传统方法与单一的先验模型约束，对于红外与可见光图像重建效果的提升提供了一定的理论参考。

利用Sasiele等提出的空间谱滤波技术,对两种典型应用场景下扩展信标非等晕性问题进行了建模,获得了扩展信标非等晕误差及其不同Zernike模式分量的理论公式。基于理论模型,分析了两种场景和典型湍流模式下扩展信标非等晕误差及其不同Zernike模式分量的特性,结果表明：信标扩展度与接收系统口径相同时,扩展与聚焦耦合非等晕方差最小,但扩展与聚焦耦合非等晕方差高阶项(去平移、倾斜和离焦)分量并非最小,高阶项分量最小时信标扩展尺度应小于接收系统口径；当信标扩展角与信标偏置角相当时,纯信标扩展非等晕方差约是纯角度非等晕方差的2.2%；相对湍流大气纯角度和纯聚焦非等晕方差,信标扩展导致的湍流大气非等晕是小量,多数情况下可不考虑。

利用非线性光环形镜(NOLM)的可饱和吸收特性实现了可自启动的2 μm全光纤高能量被动锁模掺铥光纤激光器。当泵浦功率大于3 W时,激光器工作在连续或不稳定脉冲运转状态；泵浦功率达到4.69 W后,输出为自启动锁模脉冲,重复频率4.26 MHz,中心波长2 061.5 nm,光谱半极大宽度18.1 nm,平均输出功率8.8 mW；继续增加泵浦功率到最大值7.56 W,可以得到中心波长2 062.2 nm、光谱半极大宽度17.1 nm、斜率效率为6.2%、脉冲宽度和能量分别为424 fs和65.6 nJ的稳定锁模脉冲。这是目前已报道的在未经放大情况下脉冲能量最高的2 μm锁模脉冲光纤激光器。

为了解决氧碘化学激光器通过常规诊断故障定位困难的问题，采用建立的氧碘化学激光器功率失常故障树模型，结合氧碘化学激光器常用的8个监测参数：碘腔压力、碘文氏管压力、p-t曲线、主氦压力、氯气压力、氧发生器压力、上游压力和光腔压力，提出采用故障树和在线监测参数相结合的办法，基于3σ法则的判断标准对氧碘化学激光器进行故障诊断，故障诊断正确率达到94.5%，并对出现的故障提出了改进措施。

为了提高980 nm半导体激光器的输出功率并获得较小的远场发散角,在非对称波导结构的基础上设计了n型波导结构,即在n型波导中引入高折射率的内波导层。采用理论计算和SimLastip软件模拟对常规非对称波导结构和内波导结构进行了研究。利用分子束外延系统生长980 nm内波导结构的外延材料, 并制作了激光器。对于条宽为100 μm、腔长为1000 μm的器件,阈值电流为97 mA,斜率效率为1.01 W/A；当注入电流为500 mA时,远场发散角为29°(垂直向) × 8°(水平向),与模拟结果相符。理论计算和实验结果表明：较之于常规非对称波导结构,内波导结构可有效降低光场限制因子,提高输出功率,减小远场发散角。

利用分立激光器合成大带宽线性调频步进信号(FSCS)激光信号源以实现高分辨测距。依据FSCS信号测距原理，数值计算了激光器各参数对合成FSCS信号的影响及其误差容限。计算表明，在各激光器参数误差中，起始频率和起始时间误差是引起合成FSCS信号测距分辨力恶化的最主要因素。另外，利用一台中心波长1550 nm、线宽为150 kHz的线性调波长激光器，通过光学斩波方式，模拟产生了合成FSCS信号，进行了高分辨力的测距演示。理论分析与实验结果表明，采用分立激光器合成高分辨力测距FSCS信号是可行的。

为实现大面积基片的均匀涂胶，设计组装了一台小型弯月面涂胶样机，实验了200 mm×200 mm基片的涂胶。利用白光干涉光谱仪扫描测量了弯月面涂胶的胶厚分布，其胶厚均匀性峰谷值偏差低于5%。对弯月面涂胶系统引起的均匀度偏差做了初步分析研究，并对比了测试系统与经校准的台阶仪胶厚测量结果，偏差小于0.8%。

用小波变换方法对星间光通信中的多样化波前畸变进行重构，并分析了小波重构方法的两项参考指标：重构精度和重构算法复杂度。基于对这两项指标的综合考虑，提出一种最优小波基函数的选取方法。仿真数据表明，利用最优小波基函数选取方法对波前畸变进行重构，较之传统的Zernike多项式拟合方法，具有重构精度高且计算量小的特点。

作为热波无损检测技术中的关键环节,热波图像分割对结构损伤的有效识别与准确评估具有重要影响。为克服红外热波图像背景噪声大,对比度低等因素对损伤识别的影响,提出了一种基于支持向量机的热波图像分割方法。该方法首先采用Wiener滤波对热波图像进行预处理,然后随机选取目标区域和背景区域内多个像素点的像素值组成目标向量与背景向量,对基于多项式核函数的支持向量机进行训练,最后将训练好的分类器应用于不同的热波图像,实现热波图像的分割。试验结果表明：该方法可有效克服热波图像背景噪声大的问题,较好地保留了缺陷区域分割的完整性；与基于硬阈值的图像分割方法相比,该方法能更好地抑制背景区域的噪声干扰,更有利于损伤的识别与评估。

激光辐照液态工质,在激光能量密度较高时将出现特有的“飞溅”现象,该过程消耗了大量的工质。选取室温下甘油作为实验研究对象,针对烧蚀甘油发生飞溅过程中产生的力学效应,设计了流场显示和推力测量集成装置,使用YAG激光作为能量源,对甘油进行烧蚀。将得到的流场测量结果与推力曲线比对,找到发生飞溅对应的推力曲线部分,积分计算甘油发生飞溅对烧蚀总冲量贡献的比例。结果表明飞溅所消耗的大量甘油工质使用效率极低,未带来相应的冲量,是液态工质比冲过低的主要原因。因此,在以液体为工质的激光烧蚀推进技术中必须克服飞溅现象。最后给出一种通过碳掺杂来控制液体飞溅的方法,结果表明碳掺杂可以有效减少液体飞溅。

记录在光热敏微晶玻璃(PTR)中的体Bragg衍射器件具有高衍射效率、可选择的角度和波长选择特性以及高损伤阈值等优点，成为先进激光技术发展中的一种新兴器件。综述了目前各型体Bragg衍射器件在激光技术中的应用，主要包括角选择近场滤波技术、光谱合成技术、外腔半导体稳频技术以及啁啾脉冲压缩与展宽技术。详细地阐述和分析了这些方法的原理、特点、适用范围以及它们的研究现状。

在对Mean Shift跟踪算法原理分析的基础上提出了一种反映区域像素空间关系的特征值与原算法基核结合的跟踪方式。该方式采用适应性公式与相似性量度结合的二级判决策略，提取区域内特征值并按不同权重归一化特征值。若不满足特征观测值的条件，则采取粗-精搜索结合的方式对目标模型进行更新。实验结果表明目标跟踪过程中提取的特征值波动符合目标区域实际情况，并在波动异常时重新定位目标，从而提高了跟踪的稳定性。

光束拼接激光相干合成中，拼接占空比不高导致合成光束能量集中度不够理想，为了解决这个问题，提出了激光场相干叠加光束合成技术路线，设计了基于半反半透合束镜的多级激光场相干叠加光束合成方案。研究了子光束之间的光强差和波面误差对相干合成的影响，结果表明，激光场相干叠加光束合成中，对参与合成子光束的光强差、相位差的容差均不难满足：仅考虑单一因素时，子束光强相差三倍时合成效率仍可达90%，相位误差小于π/5时，合成效率可达到90.5%。搭建了基于半透半反合束镜的两束激光场相干叠加光束合成实验装置，实验验证了激光场相干叠加光束合成技术的可行性，在闭环情况下得到了稳定的合成光束输出，合成效率可达95%以上。

采用钛宝石飞秒脉冲激光对单晶硅在空气中进行辐照，研究了硅表面在不同扫描速度和能量密度下的光致荧光特性。光致荧光谱(PL)测量表明，在样品没有退火处理的情况下，激光扫描区域观察到橙色荧光峰(603 nm)和红色荧光带(680 nm附近)。扫描电子显微镜(SEM)测量显示，在飞秒脉冲激光辐照硅样品的过程中硅表面沉积了大量的纳米颗粒。利用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)检测到了低值氧化物SiOx(x＜2)的存在，并且结合能谱仪(EDS)检测结果发现氧元素在光致发光中起着重要作用。研究表明：603 nm处橙色荧光峰来自微构造硅表面低值氧化物SiOx，680 nm附近红色荧光带来自量子限制效应。同时样品表面硅纳米颗粒的尺寸和氧元素的浓度分别决定了红色荧光带和橙色荧光的强度，通过调节飞秒激光脉冲的扫描速度和能量密度，可以有效地控制样品的荧光强度。

要实现光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)系统稳定、高质量输出,需要同时对光参量放大和泵浦光倍频这两个非线性过程进行优化设计。在光参量放大系统优化设计中,建立了描述光参量放大过程的多种简化物理模型；通过模拟泵浦光和信号光口径匹配关系,分析了放大信号光空间两维对称性并提出了优化方法；建立了非线性晶体最佳长度确定及调谐方法,以实现信号光输出高稳定性。在泵浦光倍频系统优化设计过程中,提出应用位相失配法实现稳定倍频输出,研究表明这种方法不仅能实现倍频光能量起伏抖动远远小于基频光能量的起伏抖动,而且能减小泵浦光近场调制度和时间波形调制,极大地改善输出倍频光光束质量,进而提高OPCPA系统输出信号光质量。

根据神光-Ⅲ激光器的运作方式和靶室结构，成功研制出用于神光-Ⅲ激光器装置的X光双通道单分幅相机系统。该相机系统主要由针孔成像组件、MCP选通技术型分幅相机和科学型可见光CCD三部分组成，同时系统具有线下瞄准、线上三维调节的功能。系统中针孔直径为10 μm，放大倍率为5，分幅相机单画幅宽度13 mm，长度36 mm，曝光时间0.5~10.0 ns可调。在神光-Ⅲ主机装置上成功完成了对此系统的性能考核，结果表明，该系统完全能够应用于神光-Ⅲ装置上，而且与传统方式上的针孔成像组件配接X光CCD组成的成像系统相比，具有更好的信噪比和空间分辨。

根据准球型负载的结构和材料特点及其装配过程中对精度的要求，开展了丝阵和泡沫微球装配技术的研究。并根据准球型负载的丝阵装配技术，进行了丝阵直径约8 mm、钨丝直径约10 μm的丝阵负载装配；利用泡沫微球装配系统进行了直径约3 mm微球与直径约200 μm玻璃纤维的精确装配。准球型负载已成功应用于准球型负载物理试验中，并取得了较为理想的试验结果，有望在惯性约束聚变(ICF)物理试验及准球型负载物理试验中发挥更大的作用。

惯性约束聚变(ICF)系统打靶对焦斑的大小及能量分布均匀性都有明确的要求，在连续相位板设计过程中要同时兼顾这两个方面。研究了连续相位板的面形与远场焦斑光强均匀性间的关系，从理论上推导了元件表面调制深度与焦斑尺寸的关系，并进行了定量计算。结果表明，焦斑半径随连续相位板的面形调制深度线性增加。鉴于连续相位板具有的随机特性，比较了不同相位板远场特性的区别，研究了面形调制深度对其光强峰谷值和均方根值的影响，结果表明不同设计的连续相位板，远场特性有较大的不同。当面形调制深度在5~15个波长时，焦斑具有较低的光强峰谷值和均方根值，连续相位板具有较好的束匀滑效果。

利用低压等离子体化学气相沉积法制备厚度约为7 μm的辉光放电聚合物薄膜，将制备的薄膜样品放入通有氩气保护的热处理炉中加热至300 ℃，分别进行6,10,24 h的保温热处理。通过白光干涉仪观察分析了不同保温时间下辉光放电聚合物薄膜的表面粗糙度;利用傅里叶变换红外吸收光谱分析了300 ℃条件下不同保温时间对薄膜结构的影响;采用纳米压痕仪表征了不同保温时间热处理后，薄膜硬度及模量的变化。结果表明:随着保温时间的增加，薄膜的表面均方根粗糙度由12 nm降至4.43 nm。薄膜结构中甲基的相对含量减少，双键的相对含量增加，碳链变长，同时薄膜网络结构的交联化程度增强。硬度和模量随着保温时间的增加先减小后增大。

用二维辐射流体程序Flash模拟了小焦斑纳秒激光与铝平面靶的相互作用过程,其中入射激光的聚焦半径为25 μm,峰值强度约为1013 W/cm2,波长为532 nm。模拟发现激光通道上的等离子体出现了密度排空的现象,激光焦斑外侧出现环状的射流结构。激光通道上密度排空现象对电子热输运的计算较为敏感,对比干涉实验测量的密度分布,确定了模拟中限流因子的取值为0.08。通过考察辐射致冷与电子横向热输运对等离子体膨胀运动的影响,对环状射流结构的形成原因给出了物理解释,并在模拟上验证了辐射冷却在其形成过程中的主导作用。

根据布拉格衍射定律和晶层模型,推导了透射式柱面弯晶谱仪的三维衍射光路的理论公式,并利用该理论研究了谱仪测量光谱的能量刻度问题。在考虑了实验中谱仪与光源的准直度和记录介质放置姿态带来的误差后,发现利用多种滤片的K吸收边进行公式拟合得到弯晶谱仪能量刻度曲线的方法对低能X射线谱线的误差较大,进而提出了用单滤片通过理论公式模拟计算进行谱仪能量刻度的方法。通过对透射式柱面弯晶谱仪测量到的Ag靶X光机的实验光谱进行能量刻度,实现了用单滤片在线定标弯晶谱仪,验证了理论公式和能量刻度方法的正确性。

基于推导的倍频晶体匹配角与温度关系的理论分析,揭示了温度对频率转换过程影响的热光物理机制。数值模拟了频率转换过程中二倍频与三倍频晶体的匹配角热敏感性。由于不同晶体材料热敏感性的差异性,实验获得了激光装置中所用晶体材料的匹配角随温度变化的关系曲线。理论分析了不同输入功率密度情况下匹配角失谐对三倍频过程的影响,并在线验证了温度变化导致匹配角失谐,进而引起三倍频转换效率的下降。根据实验获得的晶体匹配角的热敏感性参数,提出利用晶体角度跟随方法进行三倍频转换效率补偿,实现了三倍频能量的稳定输出。

系统介绍了神光-Ⅲ主机装置靶场光传输系统的结构设计,光传输系统的关键性能包括稳定性、精确性及洁净性,为保证苛刻的稳定性要求,提高结构动力学稳定性的同时提出一种新的稳定性分析方法；通过设计在线可更换单元、运动学支承结构和采用低应力夹持技术实现在线精密调节和快速安装定位；同时在设计、制造和安装过程中建立洁净理念。目前安装完成的束组的测试结果表明,主机装置靶场光传输系统的结构设计满足装置设计要求。

采用数值模拟和理论分析方法,研究了圆波导内置n-Si探测结构对X波段几种常用电磁波模式的电场响应。首先基于强电场下的热载流子效应,设计了一种利用n-Si进行高功率脉冲实时测量的圆波导探测结构。接着采用三维并行电磁场时域有限差分方法,模拟研究并分析了TE11(两种极化方向)、TM01和TE01模式作用下圆波导探测结构内的横向电场分布特点。结果表明：不同模式下探测芯片内的横向电场均以径向电场为主,径向和角向电场幅度比约为10,而芯片在圆波导内引入的横向电场驻波比均不大于1.3。最后推导了圆波导探测结构在不同模式电场作用下的灵敏度表达式,理论分析指出了探测结构的最大承受功率与圆波导模式有关,最高可达422 MW,响应时间则均为ps量级,初步证实了该探测结构可用于X波段百MW级脉冲波源在线探测的可行性。

针对传统大功率Si,GaAs固态微波源效率低和高温度性能差的不足,采用导热系数优良的宽禁带GaN单元功放模块集成、低损耗同轴波导径向空间功率合成方法,研制出一种1.2 kW全固态C波段高效率宽禁带GaN微波源。实验结果表明：该方法实现了大功率固态微波源高效率及连续长时间高温风冷散热运行,系统安全可靠。单路功放模块集成6位移相器,移相精度5.6°,增益35 dB,输出功率大于31 W。系统连续波输出功率1.2 kW,总效率30%,谐波抑制-54.8 dBc；杂散-63.69 dBc,相位噪声-94.03 dBc/Hz@1kHz。

传输线对信号的无失真传输是超宽带测量系统准确获得待测波形和量值的前提之一。基于带宽、功率容量、损耗、屏蔽性能、尺寸等诸多因素，在超宽带测量系统中经常选用同轴电缆作为传输线。指出采用单根同轴电缆传输信号时会引入干扰，分析了干扰形成的原因，通过数值模拟确认了干扰的存在和危害；提出采用两根共地同轴电缆共同传输信号并进行差分处理，可以有效消除传输线引入的干扰，分析了干扰消除的过程和原理，将原数值模拟模型中的单同轴电缆替换为双同轴电缆进行仿真计算，对比验证了双同轴电缆差分传输方式对干扰的有效抑制作用；对双同轴电缆差分传输结构进行了实验测试，结果表明，单根同轴电缆会引入较大的干扰信号，通过两根同轴电缆的共地连接、差分处理，可以有效消除干扰，达到高保真传输要求。

与X射线闪光照相相比，GeV级质子照相因质子的穿透能力更强而更能满足流体动力学最佳光程、更小不确定度的要求。质子照相用于提取阴影客体信息的过程比X射线闪光照相复杂。为了便于分析质子照相过程及其特性，以质子照相的输运过程为基础，逐步考虑了质子与物质相互作用的各种过程--核反应、多次库仑散射、准弹性散射和弹性散射，并获得含各种过程的质子照相理论计算表达式。在含准直的系统中，理论计算公式中包含了多次弹性散射和准弹性散射项。通过与QMCPrad计算结果的对比得知弹性散射高斯近似下的理论计算结果与蒙特卡罗方法(MC)计算结果一致，与更准确的“黑体”模型的相对误差为3%~5%。这意味着在某种程序上，当研究质子照相规律或设计系统时，高能质子照相的理论计算公式能够替代MC模拟。

为解决大口径非晶金属第一镜实现难题，在研究块体金属玻璃Co61.2B26.2Si7.8Ta4.8材料基础上，采用金属玻璃块体材料制作拼接成溅射靶材，通过非平衡磁控溅射镀膜方法，实现了Co61.2B26.2Si7.8Ta4.8非晶金属薄膜第一镜。研究结果表明：通过成分设计及合成靶材的设计，能够实现与块体金属玻璃具有相同光学特性的非晶薄膜第一镜；通过Cr成分改进，能够进一步提高非晶金属薄膜第一镜在可见光波段的光谱反射率。

中性束注入(NBI)是磁约束核聚变装置等离子体加热和电流驱动的重要手段。依据东方超环(EAST)NBI实验运行特点,设计了基于网络通讯的集散式控制系统。NBI控制系统采用计算机网络技术,按照控制层次分为远程监控层、服务器控制层和现场控制层,三层控制结构易于系统功能扩展与设备升级。一条束线的两个离子源可以独立运行控制,这为EAST第二条束线控制扩展奠定基础。实验表明,NBI控制系统具备了远程监控、连锁保护和数据处理功能,满足了NBI实验运行的自动化和可视化的需求。

针对传统的X射线CT系统因采用积分探测器难于鉴别材质的关键技术问题，基于MARS系统的X射线能谱CT，开展了X射线能谱K-edge特性的CT成像技术研究。通过对单一材质和混(复)合材质组成的物理模型的多个X射线能量段进行CT断层扫描，获得了材质的K-edge特性曲线，以此重建出了材质的CT图像。借助材质K-edge特性的CT断层图像，可以进行材质的鉴别分析或进行更多的材质认知信息的分析研究。与传统的X射线CT技术相比较，它可以提供更为丰富的X射线衰减信息。

配合中国工程物理研究院的中子衍射应力谱仪开展形状记忆材料的相关研究,设计了一套原位温度加载系统。该系统可为测量样品提供25~800 ℃温度环境,温度控制器采用大林改进算法,有效地消除了温度过冲问题。该系统已开展了多次带束测试,结果表明其结构设计适用于中子衍射实验,温度控制在上升阶段无超调、稳态误差为±1 ℃,满足形状记忆材料的温度加载实验要求。

建立了包含开关放电分散性的电路模型，模型通过电压控制开关和自击穿开关模型的结合，可对开关抖动及支路间放电的相互影响进行模拟，利用研制的300 kA单级直线型变压器驱动源(FLTD)模块进行了实验验证，模拟结果与实验相吻合。进而针对设计的20支路FLTD模块建立了电路模型，模拟分析了模块支路开关放电分散性对输出电流峰值和上升沿的影响，模拟结果表明，开关抖动小于5 ns时对模块输出影响较小。

为了能够形成稳定的多通道放电,研制了一种等离子体喷射触发气体开关。在触发电极的内部嵌入多个微型激励腔以形成多通道等离子体喷射,从而在主间隙中诱导多通道放电。研究了触发电路连接方式、触发能量和极性对多通道等离子体喷射的影响,比较了开关在两种工作模式下各间隙放电通道数量随工作系数的变化规律。实验结果表明：采用触发电路II连接方式,触发电极的多通道放电效果更好；高触发能量、负极性和低气压条件有利于形成多通道等离子体喷射；当开关运行在工作模式Ⅱ,且在较高工作系数时,具有更好的多通道放电特性。

根据电磁线圈炮中推力线圈与电枢之间的感应耦合方程和电枢动态响应方程，考虑发射过程中推力线圈和电枢的欧姆加热，开发了电磁线圈炮的计算程序，给出了程序的算法和流程。分析了程序的收敛性，认为最大时间步长和电枢最大网格均依赖于驱动脉冲波形的上升时间。通过模拟结果与单级线圈炮实验测量结果的比较，验证了程序的有效性。模拟的线圈电流波形与实验波形吻合较好，模拟的出口速度比测量速度大约6.5%。程序收敛性和有效性的验证表明该程序可用于电磁线圈炮系统的初步设计。

以形成线储能结合脉冲压缩方式产生数MV高压输出，是脉冲功率系统中常见的技术途径，其中绝缘堆是该类装置工程成败的关键。分析了几种径向均压绝缘堆的均压机制，基于静电场分析程序对径向均压绝缘堆结构进行了优化设计，给出了径向电阻的设计方法。研究表明：采用均压环且均压环与径向电阻电气接触的绝缘堆结构可以获得较均匀的径向电场分布，而径向电阻是绝缘堆设计的关键。在有效作用时间100 ns的4.5 MV加载电压下，优化设计的绝缘堆阴极三相点电场控制在25 kV/cm，Martin电场约120 kV/cm，低于理论击穿值。

气体开关是脉冲功率技术中广泛应用的关键部件之一,高功率、高性能气体开关的技术研究及设计具有重要意义,陡化前沿是开关技术研究的重要内容。分析了气体开关的击穿机理和击穿通道的分布规律。对气体开关充分“老练”,开关击穿点和击穿通道将相对稳定,实验研究了开关间距和电场对脉冲前沿的影响。击穿电场较低时,减小开关间距有利于陡化脉冲前沿；击穿电场较大时(大于180 kV/cm),开关间隙(电感)对输出脉冲前沿的影响减弱,气体开关的击穿电场成为影响输出脉冲前沿的关键因素。研究结果表明,增大开关的击穿场强,是陡化开关脉冲前沿的有效途径。

针对北京正负电子对撞机二期工程(BEPCⅡ)在高流强下运行经常出现的突然丢束问题,研制了基于逐束团测量的丢束监测系统。束流位置探头(BPM)的四路电极信号作为监测系统的信号源,四路高速模数转换器(ADC)和现场可编程门阵列(FPGA)进行模拟信号的数字化和数字信号的处理。通过获取丢束前每个束团的位置和流强等信息来分析引起丢束的原因。结合加速器硬件情况,长时间对丢束监测系统数据的分析,以及设计的对比实验,深入研究丢束问题。系统对高频系统故障、束流不稳定性和磁铁电源系统不稳定等原因引起的丢束现象可以做出准确的判断,进而为加速器稳定运行提供优化方向。

设计和研制了一种CaO-TiO2-Al2O3复合陶瓷平板固态脉冲形成线,以期用于介质壁加速器。该脉冲形成线的几何参数为：陶瓷介质长度300 mm,宽度15 mm,厚度1 mm；银电极长度280 mm,宽度2 mm。电性能参数为：相对介电常数约23.5,特征阻抗约26 Ω,电长度约4.5 ns,直流耐压场强大于20 kV/mm,在μs量级上升时间的脉冲电压下绝缘强度大于25 kV/mm。该固态脉冲形成线设计兼顾了光导开关的使用要求、高梯度绝缘子的设计指标、带电粒子束的输运及加速器的结构设计要求。结合GaAs光导开关,开展了固态Blumlein脉冲形成线实验研究工作,在脉冲充电电压约25 kV的条件下,固态Blumlein脉冲形成线实现脉冲电压输出约23 kV。

为保证加速器驱动次临界系统输运线靶站的使用寿命,采用了一种基于阶梯场磁铁的方案将质子束在水平、垂直两个方向进行扩展。对阶梯场磁铁进行了三维磁场模拟和物理设计,根据联合模拟的磁场分布进行了束流动力学跟踪研究,证实阶梯场磁铁方案对均匀化束流有很好的效果。为了使阶梯场磁铁磁场的台阶状分布更加明显,提出了一种更为紧凑的阶梯场磁铁设计方案。

根据正电子发射断层显像(PET)回旋加速器的物理要求与实际情况，确定了PET回旋高频双腔体的具体设计方案。在加速电压比较高的要求下，充分利用有限的空间，设计1/4波长线的异型覆面的竖腔结构腔体，采用短路片与移动电容板双调谐结构，满足了频率调谐要求；同时获得较高的品质因数，达到了物理设计要求的加速电压。利用Microwave Studio CST程序对腔体的Q0值、热分布、功率损耗、微调电容做了详细的分析与计算；对实际测量值与仿真计算值进行了对比，并对产生的误差进行了分析和讨论。腔体电压实际测量值达到50 kV以上，频率稳定度达到设计指标1.0×10-6/d。

采用YLSS-M60U型高能Nd:YAG激光器，对发动机高压涡轮叶片材料K403/K3铸造高温合金试片进行激光冲击强化处理，强化工艺参数为：激光能量3 J，光斑直径2.6 mm，脉宽20 ns，波长1064 nm，吸收保护层为铝箔，约束层为水，搭接率50%，冲击3次。强化后，在420 MPa应力水平下进行了室温高周振动疲劳测试，并进行了扫描电镜观察和X射线衍射仪物相分析。研究结果表明：激光冲击强化后，试片疲劳寿命是原始状态试片寿命的2.4倍，激光冲击强化的强冲击波作用使金属发生高应变率塑性变形，以及随之产生的较大较深残余压应力，是金属疲劳性能提高的主要原因。

为分析在激光冲击波作用下AZ31B镁合金薄板背面的动态响应，采用聚偏氟乙烯贴片传感器与数字示波器对强激光诱导的冲击波进行测量，得到压电波形，结合冲击波的传播特性，对弹塑性双波的传播规律进行了研究。结果表明：激光诱导的材料动态响应是快速的；压电波形图反映出的弹性前驱波与塑性加载波传播到靶材背面的时间与理论时间相符；弹性前驱波能量小引发的波形振幅较小，紧随着的塑性加载波能量大并引起较大振幅波动，弹塑性双波卸载过程与紧接着的加载过程导致了压电信号的波动振幅提高。

使用美国ARM计划安徽省寿县站2008年的微脉冲激光雷达和毫米波雷达的观测数据对寿县上空卷云的宏观物理特性进行了分析，联合两种雷达观测卷云扩大了卷云的边界轮廓，得到更为全面的卷云信息，结果表明了联合激光雷达和毫米波雷达观测卷云的必要性。在此基础上，对观测期间寿县上空的卷云个例进行统计分析，结果显示：卷云过程的平均云底高度分布在5~10 km，其中6~7 km范围所占的频率最大；平均云厚的分布范围为0.25~5 km，其中90.8%分布在0.5~2.5 km；卷云过程持续时间总体上随着持续时间的增大呈减少的趋势，持续时间最长为35.5 h,平均为3.6 h，持续时间小于5 h的卷云过程占82.5%。