为了获得高重复频率高功率中红外氟化氢(HF)激光输出,采用自动紫外预电离和对称Chang氏电极结构,制备了闭环的非链式重复频率HF激光器,并对其进行了详细介绍。实验研究了激光器的输出特性和重复频率运行特性,获得了激光能量随重复频率的变化规律。在增益区气体流速为16 m/s,工作电压为25 kV,总气体压强为8.5 kPa、物质的量分数分别为92%和8%的SF₆和C₂H₆混合气体条件下,实现了重复频率为150 Hz、平均功率为200 W的HF激光输出。

基于自动紫外预电离的放电引发方式,研制出紧凑型闭环高重复频率非链式HF化学激光器。该激光器采用非对称电极结构,放电腔室的尺寸为12 mm×17 mm×460 mm。为了实现重复频率运行过程中放电区气体的快速置换,循环气体垂直于光轴流过放电区,气体流速约为9 m/s。当总气压为14 kPa时,在摩尔分数分别为92%和8%的SF₆和C₂H₆混合气体中,100 Hz重复频率脉冲HF激光器的输出功率为50 W。

激光诱导等离子体点火(LIPI)具有点火位置可调、点火延迟时间短、无侵入式结构等优点,有取代电火花点火的潜力。从火焰核形成与发展的角度介绍了LIPI的基本物理过程,分析了点火过程中的能量沉积和转化。在现有研究的基础上,对包括激光烧蚀等离子体点火、多点激光等离子体点火、预电离辅助激光等离子体点火和重复频率脉冲激光等离子体点火的性能进行了评价,并分析了每种方法的优缺点。指出了当前激光等离子体点火系统存在的问题,包括点火机理不完善、对非预混燃烧系统的点火特性研究不足、最小点火能量高等,并提出了下一步的研究方向和建议。

高功率激光装置中的片状放大器普遍采用高功率脉冲氙灯作为抽运源, 氙灯的辐射光谱与片状放大器的增益性能密切相关。基于暗室中搭建的时间分辨率为2 μs的氙灯光谱测试系统, 测试氙灯在不同放电时刻的辐射光谱。结果表明: 相同电流密度对应的上升沿、下降沿时刻的氙灯辐射光谱存在显著差别, 上升沿光谱的分立谱明显; 当电流密度为0.866 kA·cm-2时, 如果不施加预电离, 上升沿的辐射光谱能量比下降沿低48%, 施加预电离后这种差距缩小至24%; 预电离可以有效提高上升沿时刻的光谱强度, 是提高氙灯辐射效率的有效途径之一; 对氙灯辐射光谱的原模型进行修正, 可使其与测试光谱数据更吻合。

研制了一台采用紫外火花预电离和横向放电结构的非链式电激励脉冲HF激光装置，采用氢闸流管结合一级磁脉冲压缩开关的高功率电激励系统。实验研究了激光工作介质SF6，H2不同压强比和总工作气压对激光输出能量的影响，得出了最佳气体组分，确定了最佳工作气压。总气压在8.8 kPa，气体组分H2与SF6气压比为1:9时，获得最佳的激光输出，输出能量达到1.3 J，激光器的光电转换效率达到2.4%。

设备采用外触发预电离模式, 分别设计了高压触发和预燃电流维持两个功能, 同时支持手动和自动两种触发模式。在连续预电离状态下氙灯放电电流达到200 mA, 该状态下能保证灯内一直有电流流过, 同时在主放电压1 400 V下氙灯可顺利完成主放电。该配套设备已成功应用在主动补偿脉冲发电机驱动带脉冲预燃电源系统中。

采用高压触发预电离为一体+脉冲形成网络触发氙灯的技术路线，分别设计了脉冲氙灯电源系统中高压触发、预燃电流维持两个功能单元。根据脉冲氙灯160 mm×9 mm、极间距70 mm的技术指标，成功设计了一台具有手动和电脉冲触发功能的方波脉冲氙灯电源。氙灯充电电压300~900 V可调，光脉冲宽度为150 μs±20 μs，光脉冲上升时间不超过90 μs，触发延迟不超过90 μs，触发抖动在±2 μs范围内。给出了单次触发情况下脉冲氙灯电源输出的实验结果，验证了所采用的设计原理和技术方法的可行性。

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。

对紫外预电离技术在气体开关方面的影响进行原理研究，分析并实验验证电容并联的横向辅助电极对主开关进行紫外预电离的可行性。辅助电极击穿释放紫外光，通过光电效应在主开关表面产生初始电子，以减小主开关的击穿电压离散度。预电离效果与辅助电极击穿导通电流的峰值强度、辅助电极两端的电压以及预电离储能电容有关，优化这些参数可以提高光照强度来增强预电离效果。实验结果表明：当主开关内部充满氮气、分压电容为pF量级时，距离主电极15 cm远的横向辅助电极可以产生预电离效应。在此基础上，提出一种新型的横向型电容自耦式紫外预电离开关的设计。