针对飞秒光脉冲全光纤化传输的需求, 研究了空心Bragg光纤单基模传输的特性。进而设计了一款空心Bragg光纤, 用于中心波长在1.550μm的飞秒脉冲单基模传输。为了解决空心Bragg光纤在工作窗口色散过大的问题, 通过合理的引入缺陷层调节空心Bragg光纤单基模传输的色散特性, 使其在工作窗口低色散或零色散传输。仿真结果表明, 空心Bragg光纤在1.45μm至1.65μm的带宽范围内都可以维持单基模、低色散或零色散传输, 完全满足脉宽为100飞秒的光脉冲全光纤化传输的需求。

设计一种一体化D-dot探头开展脉冲功率装置中传输线高电压测量工作。D-dot探头安装在传输线外筒上，主要由基座、密封电缆头、探头外壳、绝缘层、信号电极和连接杆构成。采用同轴螺纹连接及限位结构将探头各部件形成一个整体，实现结构的紧凑性和拆装过程的完整性。利用密封BNC探头和无氧铜密封圈实现良好的密封性能，同时减小探头的弹性余量保证测量的准确性。设计了较小的探头对地电容，从而获得良好的高频响应。采用OrCAD/Pspice开展电路模拟，结果显示设计的探头满足信噪比和前沿响应要求。采用CST开展静电场模拟，结果显示设计的D-dot探头可以满足1 MV传输线电压下的绝缘要求。标定和实验结果表明该探头可以响应前沿为几十ns的信号，能够满足测量需要。

采用光学相位共轭补偿光纤通信系统的色散及非线性必须满足一个前提条件，即相位共轭器两边线路上的色散和非线性分布(或传输功率分布)必须严格对称，这在现有的一般传输线路（标准单模光纤加集总掺铒光纤放大器）难以实现。提出了预啁啾结合中距相位共轭的补偿方案，并进行了数值计算。结果表明，通过在发送端对输入脉冲进行预啁啾展宽，可有效地减轻非线性效应与色散的相互作用，获得理想的补偿效果；对于皮秒超短光脉冲传输，脉冲内拉曼散射相对于三阶色散对补偿结果的影响很小，因此，频域相位共轭相对于时域相位共轭具有更好的综合补偿性能。该方案简单易行，无需对已敷设好的线路作较大改动。

以传输线分布参数模型为基础，推导给出了Ｚ箍缩感兴趣条件下典型脉冲通过指数变阻抗传输线后脉冲波形和传输效率的级数近似解。分析了变阻抗传输线的阻抗变比、长度及脉冲形状和参数对传输效率的影响，以适合PW量级Z箍缩驱动源的水介质整体径向指数变阻抗传输线的参数组合为例计算给出了其传输效率。电压传输效率随传输线阻抗变比、长度增大而增加，随脉冲频谱向高频移动而增加；功率传输效率随传输线阻抗变化剧烈程度减小而增大，随脉冲频谱向高频移动而增大。给出了电压和功率传输效率的简化计算公式。

采用PSPICE软件，以PW级Ｚ箍缩驱动源指数传输线为例，模拟分析了用有限多段分段阶跃变阻抗传输线序列模拟连续指数变阻抗传输线时，直角波、半周期正弦、全周期正弦平方等入射脉冲的电压和功率传输效率与分段数以及脉冲参数的关系，并计算了水电阻率对功率传输效率的影响。模拟结果表明：直角波波头的电压和功率传输效率随分段数增大而迅速趋近于理想传输线变压器的值；但对于非直角波入射脉冲而言，分段数并非越多越好，而是存在一个与传输线电长度和输入脉冲波前时间相应的最佳值；随着水电阻率下降，功率传输效率加速降低。

介绍了紧凑型X-pinch脉冲功率装置的电流电压测量设计方法。根据该装置的同轴传输线结构特点，研制了一种利用金属膜连接传输线外筒与负载外筒，构成回路测量负载电流的探头。在传输线末端设计电容分压器作为测量负载电压的探头,并利用电路模拟软件对此过程进行模拟，同时这两个探头需要进行在线标定。实验研究结果表明，该探头性能稳定、响应快，是测量负载电流与电压的理想工具。

依据电压脉冲在传输线中的传播特性,分析了将形成线和传输线构成封闭回路,使电脉冲在其中反复循环,从而在高阻负载上得到高压多脉冲输出的可能性,并进行了电路模拟研究。利用Blumlein脉冲形成线系统和400 kV高压电缆组成封闭回路,进行了高压实验研究,在高阻约1 kΩ负载上得到了大于200 kV的多个脉冲输出,脉冲宽度120 ns、间隔不超过400 ns。研究表明,利用脉冲循环方法可以在较高阻抗的负载上产生MHz重复频率的高压多脉冲串,其脉冲质量与形成线开关状态密切相关。

从超短高斯脉冲光束出发,根据拉盖尔多项式的性质,用理论解析推导的方法,给出了一组新的超短脉冲光束的解析解,称为超短复宗量拉盖尔高斯脉冲光束。此脉冲光束解的每个频率分量都是复宗量拉盖尔高斯光束,时间脉冲的形状是任意的,具有相同的衍射距离参量,并且可以描述短于一个光学周期的超短脉冲。对这种超短脉冲光束及其在自由空间中的传输过程进行了较为细致的研究,分析了超短复宗量拉盖尔高斯脉冲光束的轴上光强、光强的横向分布、衍射性质、脉冲极性反转、脉冲延迟等。讨论了引入缓变包络近似后出现的时空奇异性。

提出了应用非线性掺饵光纤放大环镜进行全光波长变换的理论模型.详细研究了反转光脉冲的峰值功率、脉冲宽度和消光比等重要物理参量以及反转光脉冲继续在常规单模光纤中传输时的演变特性.结果表明:应用此模型,反转光脉冲除具有较高的峰值功率和消光比外,脉冲的宽度也比初始信号脉冲的宽度窄,而且脉冲的中心部分带有一定量的线性上啁啾,当其在常规单模光纤中传输时,在光纤的初始阶段,脉冲的峰值功率将经历先增加后减小的变化过程,而脉冲宽度的变化趋势与其正好相反.

脉冲传输线的介质材料选择和参数设计对传输线的损耗具有至关重要的影响,根据分布参数理论和电磁场微波理论,给出环氧玻璃纤维FR-4和聚四氟乙烯F₄B两种材料的损耗计算公式,在微带特性阻抗为50 Ω,工作频率为10 GHz时,FR-4和F₄B的介质衰减系数分别为0.095 dB/cm和0.002 3 dB/cm;当微带厚度为18 μm,介质材料厚度为0.25 mm时,FR-4和F₄B的导体衰减系数分别为0.049 9 dB/cm和0.035 7 dB/cm.数值计算和仿真结果表明,F₄B材料传输线的介质损耗和导体损耗相对较低,是一种较好的介质材料,选择合适的介质材料厚度可保证损耗较低且电路体积不至于过大.