基于面向对象的C++语言研制三维柱坐标共形网格生成程序，对束-场互作用器件作共形网格剖分，为粒子模拟算法提供积分线元、面元。通过定义三维柱坐标网格体系如网格步长、网格索引、守护网格层、包围盒等数据，使模型的空间信息能转换成柱坐标网格信息。将轴上网格单元作特殊处理，使粒子模拟算法形式在轴上网格和在非轴上网格上保持一致。利用射线跟踪法得到属于模型子面、模型棱边的离散边界点，接着通过拓扑关系获得模型的顶点，保存上述三类离散边界点的拓扑信息和网格信息。将构建的基础网格元与边界点信息耦合，在离散网格体系中重构模型。用该共形网格剖分技术对相对论磁控管进行剖分，能够识别该磁控管的透明阴极、阳极和谐振腔等结构。

等离子体相对论微波发生器（PRMG）可以产生宽带高功率微波输出，同时又具有良好的频率可调谐性，因此在雷达、通信、电子对抗和物体探测等诸多领域均具有良好的应用前景。PRMG通常采用加载环形等离子体束的圆柱波导作为其波束互作用区，工作模式为慢等离子体波TM₀₁模（下称P-TM₀₁模）。P-TM₀₁模的色散特性及其变化规律对PRMG输出性能有着重要影响。利用全电磁粒子模拟程序对加载环形等离子体束的圆柱波导中P-TM₀₁模的色散特性和场分布进行了粒子模拟和分析，获得等离子体束密度n_p、径向厚度Δr_p和径向位置r_p以及外加引导磁场强度B_z和波导半径r_w等参数对P-TM₀₁模的色散特性和场分布的影响规律。主要研究结果包括：（1）一定范围内，n_p 和Δr_p的变化对色散特性影响较大，r_p，B_z和r_w的变化对色散特性影响较小。值得关注的是，由于波导中环形等离子体束的存在，随着波导半径r_w的增加，相同纵向波数k_z对应的P-TM₀₁模的频率没有降低而是略有提高。因此，在实际应用时，可以适当加大波导径向尺寸以提高器件功率容量；适当降低磁场，则有利于提高器件的紧凑性。（2）P-TM₀₁模的纵向电场的方向不随径向位置变化，径向电场的方向在等离子体束内外两侧相反，外侧的场分布与同轴波导中TEM模相似。（3）主要物理参数变化时，场分布基本特点不会改变。但随着纵向模式数N和k_z相应增加，电场能量向等离子体束收拢，不利于波束相互作用和电磁场的耦合输出。因此为了PRMG的高效运行，束波互作用的共振点最好落在k_z相对较小的区域。上述研究结果对PRMG的设计和优化具有一定的理论参考价值。

应用三维MC程序和PIC程序，对神光装置辐照下腔体内系统电磁脉冲（SGEMP）模型进行了耦合模拟。在半高宽为2.9 ns、平均能量为10.3 keV的轫致谱X射线点源辐照下，圆柱腔内电场最大值高达2 MV/m，以轴向电场为主；磁场最大值约为0.8×10⁻³ T，以角向磁场为主，电磁场最大值都集中在发射面附近，以脉冲直流场为主，交流辐射场幅度较小，约在kV/m量级。考察了注量对SGEMP效应的影响，注量越高，电场沿轴向变化越快，交流辐射场占比越大。

为了实现在无外部供能下对紫外光的有效探测，基于Ag修饰的Bi₂O₃纳米块（Ag/Bi₂O₃）纳米块制备了自供能紫外探测器。通过煅烧法制备Bi₂O₃纳米块，随后采用室温溶液法在其表面沉积Ag纳米粒子，进而成功制备了Ag/Bi₂O₃纳米块，且对所制备样品的晶体结构和微观形貌等进行了表征。结果表明，Ag/Bi₂O₃纳米块的平均尺寸约为1 μm，且Ag纳米粒子随机分布在Bi₂O₃纳米块表面。将涂覆Ag/Bi₂O₃纳米块的FTO作为工作电极，并进一步构建了自供能紫外探测器。在365 nm的紫外光照射下，Ag/Bi₂O₃纳米块紫外探测器能在零偏压下实现对紫外光的快速检测，这证实其具有自供能特性。相比于Bi₂O₃纳米块紫外探测器，Ag/Bi₂O₃纳米块紫外探测器的光电流得到明显提升，上升和下降时间分别缩短至29.1 ms和40.2 ms，并具有良好的循环稳定性。

为实现不同尺寸微粒的高效分离，提出一种三角形截面微流道的惯性微流控芯片，研究了微粒在流道中的聚焦与分离特性。首先，设计一种直角三角形截面结构的螺旋流道，采用精密微铣削工艺加工了流道的铝材模具，利用倒模与等离子清洗键合工艺制备微流控芯片。接着，配制三种尺寸（6 μm，10 μm和15 μm）的荧光微粒悬浮液，利用高速摄像机和荧光显微镜拍摄粒子在流道中的运动轨迹，观测不同悬浮液流量时微粒的聚焦效果。最后，对微粒聚焦轨迹图像进行堆叠分析，研究微粒的惯性聚焦与分离行为。结果表明：随着悬浮液流量的增大，6 μm粒子逐渐聚焦并向流道外壁面迁移，而10 μm和15 μm聚焦粒子束则向流道中心迁移。当悬浮液流量为1.5 mL/min时，6 μm和15 μm混合粒子实现了100%精确分离。研究结果表明，三角形截面螺旋流道可产生强偏置二次流，使不同尺寸微粒实现高效、精确分离，为细胞精准操控提供了一种新的技术手段。

通过优化光纤布拉格光栅形状传感技术中传感点位置和补偿重构结果来提高薄层合金板三维形状重构精度。通过ANSYS workbench建立合金板仿真模型，提取应变和位移模态振型，根据模态置信准则、转换矩阵稳定性和模态振型相似性分别设计了三个目标函数，采用快速和精英机制的多目标遗传算法优化传感器位置。将镍钛合金板弯曲成不同曲率半径的弧形，利用光纤布拉格光栅中心波长漂移量和线性插值算法计算得出不同形状下的结构应变，重构合金板形状，均方根误差和最大误差相较于单目标优化算法分别减小30%和15%。利用粒子群优化径向基函数神经网络算法拟合误差与位移的关系实现误差补偿，均方根误差和最大误差比无补偿时分别减小了90%和70%，最大相对百分比误差仅为5%，提高了三维形状重构算法精度。