并行受激发射损耗(STED)显微术采用周期性排列的光学格子作为荧光抑制图案并行实现多点荧光擦除,可以有效地提升显微成像的时间分辨率。本文建立了并行STED显微成像系统的简化光学系统模型,在此基础上推导出受光学参数影响的并行荧光擦除图案周期公式,来阐明辅助物镜及显微物镜对该周期的影响机理。由该公式,解出了能产生更小周期并行荧光擦除图案的最优光学参数。数值仿真结果显示,本文方法能产生出周期小至276 nm×276 nm的正方形网格状并行荧光擦除图案。

提出了一种基于光楔的全新的并行荧光擦除图案产生方法,使用光楔及配套反光镜来调控损耗光束入射辅助物镜时的物方倾斜角,可充分利用显微物镜的数值孔径,产生出周期更小的并行荧光擦除图案。仿真结果显示:当使用数值孔径为1.4的显微物镜且损耗光波长为760 nm时,所提方法能产生出周期为282.0 nm×283.6 nm的正方形网格状并行荧光擦除图案,能实现更高的成像分辨率。

利用时域奇异值分解(SVD)技术对并行时域有限差分(FDTD)方法计算得到的分布式负载平行板有界波电磁脉冲(EMP)模拟器内的场进行模式分析,给出有、无效应物时模拟器内场的3个主要模式(即TEM,TM1和TM2模)奇异值的变化及该奇异值随效应物的位置及高度的变化规律.研究结果表明:电磁波在模拟器中传播时,其主模TEM模的高频分量在衰减;效应物越靠近源时测试点场的3个主要模式所对应的奇异值变化越大;且当效应物的高度与所在位置处两极板距离之比小于等于60%时,效应物附近位置处场的TEM模对应的奇异值会出现两个极大值点,两点的水平间距与效应物的水平尺寸相当.

将并行时域有限差分方法用于分布式负载平行板有界波电磁脉冲模拟器模拟，并给出模拟器的尺寸参数对工作空间半高处几个测试点场的影响。研究结果表明：与源在x轴向距离上越靠近的点，其电场的上升沿越小；模拟器传输线最大宽度和最大高度之比为2，且下金属板宽度与传输线最大宽度相同时，测试点场的上升沿较小，半高宽较大；随着传输线在x方向投影长度的增加，与源位置x轴向等距离的测试点场的峰值增大，场的上升沿减小，但减小的量趋于平缓。且同轴线馈电时得到的各测试点场脉冲的上升沿要比直接加平面电场源的方式更大一点，半高宽则要小一点，但两者波形相似。

介绍了用于集总负载平行板有界波电磁脉冲模拟器模拟的并行时域有限差分方法，分析了模拟器的几个尺寸参数对工作空间的场的影响。研究表明：当下金属板宽度大于或等于工作空间平板宽度的1.5倍时，前过渡段附近的测试点电场的上升沿受前过渡段投影长度的影响较小，而工作空间中心附近的测试点电场的上升沿则随着投影长度的增大而减小，但减小趋于平缓；所有测试点电场的上升沿均随下金属板宽度的增大而减小，但减小趋于平缓；对于前过渡段投影长度固定的模拟器，其高度并不是越小(大)越好，而是存在一个最佳高度值。

考虑到辐射波电磁脉冲模拟器笼形天线尺寸过大、在单个微机上计算其辐射特性的时间过长及内存受限制，使用基于消息传递接口(MPI)平台的用于同轴线馈电的时域有限差分并行算法，并结合天线理论模拟分析了同轴线馈电的辐射波电磁脉冲模拟器双锥笼形天线在双指数脉冲电压激励下的脉冲辐射特性。并行时域有限差分计算时，整个时域有限差分计算区域的网格总数约为20亿。由计算结果分析可知：当锥半径大于3.5 m后，笼形天线的半径大小对电场的上升沿和峰值的影响不大；对地面上方0.5 m处的几个测试时，其上升沿、半高宽及脉冲峰值受地面反射及地面损耗的影响比较大，而对于地面上方6 m处的几个测试点，除半高宽外，几个测试点的辐射场脉冲峰值及上升沿受地面影响较小；离地面越近的点，峰值减小得越快。