脉冲氙灯瞬态放电电流诊断单元是惯性约束聚变 (ICF)激光装置中能源系统的重要组成部分, 基于对其面临的强电磁干扰、噪声耦合、多路并行采集电路拓扑约束等问题的分析, 提出了一种多级隔离和基于现场可编程门阵列 (FPGA)的多路并行架构的诊断单元设计方法, 并依据该方法完成了样机研制。实验表明, 诊断单元的电流测量范围为 0~25 kA, 采样率为 200 kHz, 测量准确度优于± 0.5%, 满足 31 kV工作点电压下 20路脉冲氙灯放电电流的同步诊断需求。相比传统设计, 该方法具备更强的电磁兼容性和更高的并行采集设计集成度。

能源系统（PCS）为固体激光装置片状放大系统提供匹配的电脉冲泵浦能量, 涉及到高压、大电流的充放电过程, 在这个过程中可能发生电容器短路、高低压母排短路等灾难性故障。针对上述情况, 建立了能源系统及其三种主要故障的数学模型; 通过仿真计算分析了氙灯负载非线性特性对系统模型的影响, 提出了加入补偿参数的修正模型, 并通过实验验证了其有效性; 分析了故障情况下关键元件（阻尼电感、调波电感、储能电容）的耐受能力以及保护措施。

针对串联谐振电容器充电电源具有高阶、多模态、强非线性的特点，提出了一种基于混杂自动机的建模方法，该方法通过描述系统的连续时间变量和离散状态变量之间的关系来展现系统的混杂特性。基于该方法建立了系统的混杂自动机模型，并提出了一种基于上述模型的分段线性充电控制策略，通过搭建仿真模型验证了该模型和控制策略的有效性。

预放系统 20 kJ能源是为激光预放大器棒状氙灯提供泵浦脉冲的能源系统, 是神光 -Ⅲ主机高功率固体激光装置的重要组成部分。预放 20 kJ系统能源触发放电的稳定性严重制约预放系统的调试效率和正式的激光打靶效率。针对预放能源系统在与 A1/A2/A3光束组预放系统棒状放大器联合调试过程中发现存在提前放电、放电不同步和不放电等问题, 开展了预放 20 kJ能源系统触发放电的稳定性研究, 提出了相应的解决措施并通过试验验证, 将 20 kJ能源系统触发放电的稳定性大幅提高。

利用大口径高通量实验平台，同时使用科学光电耦合器件(CCD)和哈特曼测量了大口径片状放大器增益均匀性，并针对这两种测量方法提出了几种相应的处理方法，通过数值计算和分析，详细比较了不同测量方法和后期处理方法对增益均匀性产生的影响,确定了两种测量方法及其后期处理方法的有效性。结果表明，使用科学CCD测量增益均匀性，数据处理时采用多发次求平均再匀滑的方法既可规避测量产生的随机性，又进一步减小了增益分布的空间噪音；使用哈特曼测量增益均匀性，尽量使用点阵超过50×50的哈特曼，微透镜阵列点阵数量过少会降低增益塌边程度。

介绍了神光-Ⅲ主机装置能源系统的功能要求、组成结构和设计方法，以及关键单元器件的功能要求和设计方法。该系统是片状放大器系统的重要组成部分，由6个束组共108套最大储能为1.2 MJ的能源模块组成，总储能达到110 MJ（最大130 MJ）。每套模块产生一个脉宽610 μs(10 %峰值)的电流脉冲，驱动10组、共20支氙灯，为片状放大器提供泵浦能量，峰值电流为0.25 MA。目前投入试运行的36套能源模块的各项电气性能指标满足设计要求，能确保片状放大器小信号增益系数达到5.0%/cm，为片状放大器提供足够的泵浦能量，满足激光器的能量需求。

针对强激光能源系统对Marx触发器的输出性能和可靠性要求，介绍了一种六级的Marx触发器。通过采用多级低电感脉冲形成电路获得了高幅值、陡前沿的输出脉冲，运用实验与概率分析相结合的方法，确定了它的工作参数。实验研究结果表明：这种Marx触发器的误触发率和触发气体开关成功率均符合两参数的威布尔概率分布；当欠压比为65%、工作电压为13.5 kV、工作气压(绝压)为0.35 MPa时，能输出幅值120 kV、前沿20 ns的电压脉冲;该触发器能同时满足误触发率低于0.000 1%，正常触发成功率高于99.999 9%的技术要求。经过长时间现场运行测试，Marx触发器工作良好，无异常现象。

为大型激光装置能源模块研制了一种采用石墨电极的两电极气体开关, 阐述了石墨应用于高能两电极气体开关的技术关键, 对气体开关中气体间隙的最优结构进行了电场强度分析。参考美国国家点火装置(NIF)能源模块中ST-300气体开关的已知参数, 对研制成功的石墨型两电极开关进行了电气特性试验, 证明了石墨型气体开关能够实现峰值电流达300 kA以上, 单次转移电荷量100 C以上, 寿命超过1 000次, 满足1.2 MJ大型激光装置能源模块的工程技术要求。

研制了大电流、大库仑两电极气体开关,并研究了其静态特性,给出了开关自击穿概率拟合公式。结果显示:自击穿电压与工作气压基本呈线性递增关系;随着气压的升高,自击穿电压的分散性逐渐增大。数值模拟和实验对比显示,开关自击穿电压的分散性基本满足两参数威布尔分布。该项研究成果能够为选择开关的工作电压及充气压力提供参考,以满足能源系统可靠性的要求。

在大型高功率激光系统中, 实时监测对激光能量传输控制起着重要的作用。通过对激光能量的实时检测, 可以准确判断高功率激光装置系统中每一个环节的工作状态, 对保证激光装置的正常运行, 缩短装置的发射周期, 提高激光装置的工作效率有着重要意义。而激光能量测量的线性度对激光能量测量准确度有着直接的影响。在大型激光装置中, 激光光束多、分布广, 且存在严重的电磁干扰和环境温度漂移, 成为影响激光能量测量的线性度、降低激光能量测量精确性的主要因素。利用热电偶材料来完成对激光能量的测量, 并通过改进探头结构和扣除本底、补偿电位的方法来克服激光能量测量中的温度漂移。实验研究表明, 采用本方法测量激光能量的线性度优于2%。