采用微波诊断技术对气压300 Pa, S波段HPM条件下形成的低温、弱电离、非均匀和强碰撞大气等离子体特性参数开展了初步诊断研究。获取了9~15 GHz连续波穿过HPM等离子体区域的透射波形, 并对波形进行了归一化处理; 通过不同频率微波的透射特性, 假设等离子体电子数密度分布呈Epstein分布, 分析了可能的电子数密度最大值。该研究成果的获取为HPM大气等离子体在隐身、阻断信息链等方面的应用提供了重要的技术支撑。

大气击穿是高功率微波(HPM)大气传输研究最主要的内容。一方面高功率微波辐射天线近场以振荡场形式存在，在某些局部点形成场强的峰值分布，导致天线近场击穿、天线口径面介质击穿等一系列复杂的问题；另一方面，随着单台微波源功率的大幅提高和功率合成技术的发展，天线远场区的大气击穿问题越来越突出。如何判别是否存在大气击穿，如何确定判断的依据，都是需要解决的问题。论文提出依据击穿阈值和天线辐射场与高度关系曲线的变化规律进行判断。当HPM初始辐射场小于该区域大气击穿阈值，且上述两条曲线之间存在交点，即说明存在HPM辐射天线未击穿而传输路径近场区或远场区可能满足大气击穿条件的情况，这一现象也在相关实验中得到了证实。

高功率微波大气击穿实验中，入射功率在大气击穿阈值附近，即使外界条件相同，大气击穿可能发生也可能不发生。针对这一问题，基于大气击穿机理，将大气击穿分为首个电子出现在击穿区域和高功率微波电场导致雪崩击穿两个过程。针对第一个过程，建立了改进的电子连续性方程，引入平均电子产生率分析大气击穿发生前电子出现的概率问题；针对第二个过程，建立了高功率微波大气雪崩击穿概率模型。综合两个过程，建立了高功率微波大气击穿概率模型，仿真了不同压强条件下大气击穿的概率，并与相关实验数据进行了比对，仿真结论与实验数据吻合较好。

对高功率微波脉冲的大气击穿进行了理论分析和数值模拟, 推导了单脉冲和重复频率脉冲两种情况下电子数密度的变化表达式通过计算给出了在不同大气压强、脉冲宽度以及重复频率的条件下, 高功率微波脉冲大气击穿阈值的变化规律。设计了高功率微波大气击穿实验系统, 并开展了实验研究, 实验的结果与数值模拟结果基本一致。

通过喇叭有效口径渐变法进行了L波段、脉宽30 ns的高功率微波空气以及SF6气体击穿实验, 给出了实验中得到的典型波形, 分析了空气以及SF6气体击穿对微波传输的影响。实验表明:空气击穿产生等离子体对微波传输的影响主要表现为对微波功率的反射, 使微波脉宽变窄, 而SF6击穿则主要体现为对微波功率的吸收, 使峰值功率降低。

提出并研究了波导内场增强法测量微波气体击穿的实验方案，在密闭波导内加金属针实现电场增强，通过调节微波源辐射功率及两针距离，使微波传输达到气体击穿的条件。介绍了实验原理及诊断方法，进行了频率2.86 GHz、脉宽180 ns的微波在0.1 MPa空气中的击穿实验，分析了实验中得到的典型波形。结果表明实验现象与设计吻合，验证了该方案研究微波气体击穿的可行性。

设计了喇叭有效口径渐变法测量高功率微波气体击穿的实验方案，通过连续改变喇叭的有效口径改变天线近场的电场强度，使微波传输达到气体击穿的条件。介绍了实验原理及诊断方法，进行了L波段的高功率微波天线近场空气击穿实验，分析了实验中得到的典型波形。结果显示:脉宽30 ns、L波段的微波在0.4×105 Pa空气中击穿阈值为33.9 kV/cm。实验现象与设计吻合，验证了该方案研究微波气体击穿的可行性。

通过对激光等离子体进行诊断，可以获取激光等离子体重要的参数和演变规律。使用高速CCD对激光等离子体闪光进行拍摄，研究了不同激光能量下激光诱导空气击穿产生的等离子体的形状、大小、颜色以及激光等离子的发展变化特性。实验表明: 等离子体在空间上呈发光液滴状，且逆着激光束的方向膨胀。随着激光能量的增大，等离子体在水平方向和竖直方向的尺寸逐渐增大，增大趋势逐步变小。

搭建了基于激光诱导击穿光谱技术的成分分析应用研究台架， 应用于粉煤灰未燃碳的检测， 考察不同能量的脉冲激光烧蚀粉煤灰样品时的等离子体特性。 使用多通道光纤光谱仪和CCD探测器对激光烧蚀形成的等离子体发射信号进行分光和探测。 分析碳谱线强度、 等离子体温度和电子密度随激光能量变化的趋势， 掌握激光能量对粉煤灰未燃碳测量的影响规律。 研究结果显示， 随着激光能量的增大， 碳谱线强度、 等离子体温度和电子密度均先增大后减小， 空气击穿明显增强。 随后碳谱线强度的变化趋于平缓并开始下降。 合适的激光能量可以增强等离子体发射信号， 并避免强烈空气击穿的不利影响， 有助于提高测量精度。

研究了15 MW峰值功率脉冲激光与600 μm芯径石英光纤耦合中存在的空气击穿现象。对聚焦区域的空气击穿现象进行了理论和实验研究,测得空气击穿阈值为0.79×109 W/cm2。测得固体介质的激光损伤阈值为2.12×109 W/cm2,与理论计算结果相符。提出了七合一光纤耦合器用于解决空气击穿的办法,实验测得7根光纤并束的耦合效率为67.21%。结果表明光纤耦合器可有效解决15 MW峰值功率脉冲激光与600 μm芯径石英光纤的耦合。