对S波段永磁式全腔提取相对论磁控管进行了理论设计和数值模拟研究，并对其进行了实验研究。通过理论分析初步获取相对论磁控管结构参数，并采用三维电磁仿真软件对模型进行粒子仿真优化，根据引导磁场需求设计永磁磁场产生结构。该永磁式相对论磁控管在500 kV电压输入条件下，输出微波功率1.978 GW，效率49.2%。利用实验室小型脉冲功率驱动源平台开展了初步实验研究。实验中，该永磁式相对论磁控管在脉冲驱动源驱动下获得GW级输出功率，功率转换效率约40%，实验结果与模拟结果吻合得较好。

The miniaturized femtosecond laser in near infrared-II region is the core equipment of three-photon microscopy. In this paper, we design a compact and robust illumination source that emits dual-color linearly polarized light for three-photon microscopy. Based on an all-polarization-maintaining passive mode-locked fiber laser, we shift the center wavelength of the pulses to the 1.7μm band utilizing cascade Raman effect, thereby generate dual-wavelength pulses. To enhance clarity, the two wavelengths are separated through the graded-index multimode fiber. Then we obtain the dual-pulse sequences with 1639.4nm and 1683.7nm wavelengths, 920fs pulse duration, and 23.75MHz pulse repetition rate. The average power of the signal is 53.64mW, corresponding to a single pulse energy of 2.25nJ. This illumination source can be further amplified and compressed for three-photon fluorescence imaging, especially dual-color three-photon fluorescence imaging, making it an ideal option for biomedical applications.

铝离子光钟跃迁谱线的自然线宽为8 mHz，因此，需要用线宽为1 Hz左右的激光探测光钟跃迁谱线。半导体激光器的线宽为500 kHz，长期漂移量为90 MHz/h，为了满足铝离子光谱探测的要求，将激光频率稳定在法布里-珀罗（F-P）腔上。振动噪声为F-P腔的主要噪声之一，为了降低F-P腔的振动敏感性，理论分析了激光频率稳定的F-P腔振动敏感性。通过有限元方法模拟分析了F-P腔的弹性形变与其形状和支撑位置的关系，设计了激光波长为534 nm时激光振动敏感性为0.53 kHz/（m⋅s²）的F-P腔，为实现低振动噪声激光提供了理论依据，在原子钟和精密谱测量领域具有重要的应用价值。

为实现大面阵CCD航拍图像准确快速匹配, 提出一种局部多特征哈希学习LMFH(local multi-feature hashing)方法。依据航向重叠率构建预测区域, 在预测区域内检测特征点并进行多特征描述, 以现有上万幅航拍图像为训练样本, 通过哈希函数将高维的特征描述向量映射为紧凑的二进制哈希编码, 在汉明空间通过汉明距离实现特征点的快速匹配。实验结果表明, 相对于SURF算子, LMFH算法在准确度上提高了10%, 匹配时间上减少了0.2 s。LMFH算法可更快更准确地实现CCD航拍图像的匹配。

针对kW级微波驱动的锁相GW高功率微波，设计了一个高增益(大于50 dB)四腔相对论速调管放大器(RKA)。模拟表明，在此条件下高次模振荡严重影响器件的锁相实现。由此，将RKA结构与正反馈振荡电路结合起来，建立相应的等效电路来研究这种高次模激励的物理过程(即高次模的激励与中间腔之间耦合强度的相关性)。在高次模振荡的等效电路(即正反馈振荡电路)中，用衰减电阻代替结构中的微波吸收层来研究高次模振荡的抑制机理，衰减电阻通过对反馈过程的控制，提高了电路的自激振荡起振电流。在结构上按照衰减电阻要求设计了微波吸收层，将高次模振荡的起振电流提高到大于器件的工作电流，实现了高增益(约60 dB)条件下高次模激励的抑制。模拟获得了4 kW微波功率驱动的2.3 GW锁相高功率微波，增益接近60 dB。在LTD加速器平台的实验结果表明：注入微波由固态RF种子源提供(功率10 kW)，输出功率达到1.8 GW，增益为52.6 dB，90 ns内输入和输出微波的相对相位差小于±10°，实验上实现了kW级注入微波对GW高功率微波的相位锁定。

针对稀疏域对强天光背景下天体目标的探测问题, 在充分利用天光背景和光斑信号组成成分的形态差异性的基础上, 分别建立了天光背景和目标信号的超完备字典, 以区分图像中的天光背景区域与光斑信号区域。该方法能够在抑制强天光背景的同时积累更多的信号能量, 改善信噪比。仿真及实验结果表明, 此处理方法能够较好地提取出光斑信号, 且与减阈值算法相比, 其处理后质心偏差、均方根值及峰谷值都较小。

提出应用于神光Ⅱ装置中的拍瓦短脉冲与主压缩脉冲高精度同步方案。在该方案中，通过与门技术实现了锁模激光器输出的短脉冲序列与主激光总控触发信号时间的初步锁定，该技术是实现惯性约束核聚变高功率激光装置中长短脉冲精确同步的关键。由总控系统的触发信号作为与门中可编程现场门阵列(FPGA)电路的触发信号，锁模激光器输出的百皮秒激光脉冲通过光电转换放大,并由同步展宽装置进行处理之后，作为FPGA电路的时钟信号，能够实现系统主激光门脉冲触发信号与短脉冲激光之间均方根值为26.3 ps的同步精度，这一技术可有效提升装置中同步系统的稳定性。

由于背景噪声及探测器噪声的存在，夏克 -哈特曼波前传感器质心探测误差较大，本文提出了一种在稀疏域去除背景噪声及探测器噪声的方法。首先采用二维高斯模型生成光斑信号样本图像，构造超完备目标字典，依次对测试图像分块计算其在超完备字典中的表示系数，利用噪声、背景和目标表示系数的不同，通过认为设定阈值来判别该图像块是否为光斑信号。结果表明，本文处理方法能够较好的提取出光斑信号，且与减阈值算法相比，其处理后质心偏差、 RMS及 PV值都较小。