稀土掺杂上转换材料由于其高化学稳定性、低生物毒性, 在发光显示、防伪和生物成像等领域得到了广泛的应用。稀土掺杂上转换材料的基质晶格和掺杂离子决定着其发光强度和颜色。光子晶体(PCs)是折射率不同的材料在空间周期性排列形成的有序结构, 其最显著的特征是具有光子禁带(PBG)。波长位于光子禁带内的光不能透过光子晶体而被反射回来, 因而光子晶体具有优异的光调控能力。本文综述了一维、二维和三维光子晶体对稀土上转换发光调控的进展, 介绍了利用光子禁带与上转换荧光发射峰的相对位置对发光进行控制的方法。重点从蛋白石结构和反蛋白石结构两个方面论述了三维光子晶体对上转换发光的调控: 对于反蛋白石光子晶体, 综述了利用上转换材料构筑反蛋白和利用其他材料构筑反蛋白, 通过布拉格反射调控上转换材料的发光; 对于蛋白石光子晶体, 论述了利用不同折射率胶体微球构筑三维光子晶体对稀土上转换发光进行调控。最后总结了利用等离子体共振和光子禁带共同作用调控上转换发光的研究现状, 并展望了利用光子晶体调控上转换发光的发展方向。

为了提高固态脉冲功率驱动源的工作性能，研究了使用磁开关作为主开关的关键参数。分析了磁芯体积、磁芯损耗以及饱和电感等关键参量对磁开关工作性能的影响。结果表明：对于选用的磁开关，当磁性高度为0.05 m时，磁开关的封装系数取得极大值;平均磁路长度大于1 m时，磁芯绕组的饱和电感变化缓慢。利用饱和波理论简要解释了磁芯饱和的物理过程，推导了磁开关输出脉冲上升时间因子表达式，结果表明:磁性材料厚度、电阻率以及磁芯内外层磁路长度差等参数是影响磁开关输出脉冲上升因子的重要因素。

为了优化卷绕型带状脉冲形成线的输出特性，设计了两种新型的绕制方法,并对制作的带状线进行了模拟研究。结果表明:不同的绕制方法会在一定程度上影响卷绕型带状线内部导体间的耦合特性，进而影响其内部的电磁场分布。设计带状线参数为:延时100 ns，阻抗1.1 Ω，充电电压25 kV，分别研制了不同绕制方法下的卷绕型带状脉冲形成线，并进行了实验研究。结果表明:设计的双平板绕法与传统的三平板绕法制作的带状线输出特性相似;地线间隔绕法制作的带状线上，负载上输出波形得到了明显的改善。实验结果与模拟结果基本一致。因此，根据不同的应用情况，合理选择卷绕型带状脉冲形成线的绕制方法可以改善输出特性、节约成本。

提出了一种基于卷绕型带状线和感应电压叠加器的重复频率脉冲电子束加速器的技术方案。介绍了一台感应电压叠加器感应单元的结构设计，并建立相应的电路模型，对其响应特性进行了模拟研究。介绍了卷绕型带状线的设计原理，制作了一台输出阻抗约3 Ω、脉冲宽度约230 ns的固态化卷绕型带状脉冲形成线。利用该脉冲发生器作为馈源，对感应电压叠加器感应单元的响应特性进行了实验研究，表明感应单元响应良好。对4级感应电压叠加器分别进行了单次脉冲和5 Hz重复频率的实验研究，结果表明叠加器的输出电压约为输入电压幅值的4倍，电流效率约80%，重复频率条件下，脉冲序列重复性较好。

为了获取高频和快脉冲条件下铁基非晶磁芯的重要特性参数，对三种国产铁基非晶磁环的高频响应和快脉冲响应特性进行了实验研究。通过1∶1变压器测试回路发现，在1~20 MHz等振幅正弦源信号作用下，磁芯响应信号幅度损失率从0陡增至50%~60%，当源信号频率继续增大时，响应信号幅度损失率维持在50%~60%。对磁芯快前沿脉冲响应特性进行频谱分析和实验研究的结果表明：受高频涡流损耗影响，磁芯对脉宽小于30 ns时的方波信号的幅度和平顶响应较差；源信号脉宽大于100 ns时，响应信号基本可与源信号重合，且最短前沿响应时间为10 ns。给出了20 Hz~1 MHz周期信号作用下，磁芯相对磁导率随频率的变化曲线。最后给出了在ns级快前沿脉冲作用下，磁芯脉冲磁导率的估算方法和测量结果。

介绍了一个基于带状脉冲形成线的低阻抗实验平台，针对该平台设计了两种不同类型结构的匹配负载，并分别进行了实验研究，得到了不同的输出脉冲波形，发现轨道结构的水负载具有很低的负载回路电感，适于作为低阻抗脉冲形成线的匹配负载。实验结果表明：在开关电感一定的情况下，负载回路电感是影响低阻抗形成线输出波形的决定性因素。对于0.5 Ω的带状脉冲形成线，只有将负载回路电感控制在30 nH以内，才能获得波形较好的输出脉冲，高压实验结果也验证了此结论。利用数值模拟的方法，分析了负载回路电感对不同阻抗形成线输出波形的影响，结果表明：随着形成线阻抗的增加，负载回路电感对波形的影响越来越小。

采用螺旋线和折叠线技术相结合的方法，设计了一种基于水介质高功率脉冲调制器。该调制器采用了两个开关，通过控制两个开关的导通时刻，可以在两个负载上得到脉冲长度相等的两个脉冲。对该种折叠型传输线的波过程进行了详细分析，给出了过渡段部分阻抗等参数对负载电压的影响；用Pspice电路软件对脉冲形成线的充电电压和二极管电压、电流进行了模拟；最后利用高压同轴电缆，对该种类型调制器进行了低压情况下的验证实验，实验结果与理论分析、模拟研究一致。此种类型的调制器具有结构紧凑、可同时输出两个脉冲的优点。

设计了一台基于磁开关和带状线的超低阻抗长脉冲脉冲发生器。设计输出脉冲电压20 kV，电流40 kA，脉宽230 ns，由初级储能系统、脉冲变压器、磁开关、带状脉冲形成线、轨道开关和负载组成。脉冲发生器的关键设备是40 kV级磁开关，它能将40 kV, 10 μs的脉冲压缩为40 kV, 2 μs的脉冲；超低阻抗卷绕型带状脉冲形成线，其特性阻抗0.5 Ω，电长度115 ns，由铜带和聚酯薄膜卷绕而成，为全固态化脉冲形成线。在大功率匹配负载上得到了电压17.8 kV，电流35.6 kA，脉宽约270 ns的准方波脉冲。实验结果与理论计算及数值模拟结果基本一致。

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。

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。