以GT-wave光纤为代表的泵浦增益一体化复合功能激光光纤是分布式侧面泵浦光纤技术的典型代表。GT-wave复合功能激光光纤具有良好的结构扩展性,泵浦注入路数可递增,泵浦光注入吸收和信号光增益放大都自然而均匀地实现,可有效热管理,转换效率高,稳定性好。英国SPI公司和美国IPG公司均采用此类光纤用于kW级高功率光纤激光器的研究和生产,我国相关研究单位也在逐步进入此研究领域并取得了初步进展。

针对快前沿直线脉冲变压器驱动源(FLTD)系统中放电开关自击穿性能劣化的问题, 模拟计算了带电线缆、FLTD模块结构对开关间隙电场分布的影响规律, 研究分析开关自击穿性能下降的主要原因, 开展了电晕针均压和电阻均压两种方式下开关自击穿性能对比实验, 获得了不同电晕针长度、不同阻值开关自击穿电压的变化规律: 两种均压方式下开关自击穿电压分别提高3.2%和4.3%。FLTD系统中放电开关有均压措施的情况下, 系统自击穿电压提高8.9%, 自放电概率降低60%, 系统短路输出电流的稳定性明显提高, 电流幅值提高8.1%, 标准偏差减小30.8%。

在工作气压和火花间隙固定的条件下, 针对稍不均匀场的圆饼形电极开关开展了不同电极材料下开关自击穿实验, 开关间隙距离为5 mm, 工作气压为0.25 MPa, 击穿电压平均值为40 kV。分别选取了不锈钢、黄铜、钨铜合金和石墨材料作为实验对象, 对比了不同电极材料下电极质量损失、电极表面形貌和开关静态特性的差异。实验结果表明, 石墨电极质量损失速率略高于金属电极, 但是由于石墨电极烧蚀产物多为气体, 因此石墨电极绝缘子污染程度远小于金属电极。石墨电极开关在低欠压比下自击穿概率也远小于金属电极开关。三种金属电极开关, 其静态特性差异不大, 但钨铜电极烧蚀程度显著低于不锈钢和黄铜电极开关。

在不同短路电流条件下，进行了不锈钢(1Cr18Ni9Ti)电极气体火花开关连续多次自击穿放电实验，通过测量电极质量损失、表面粗糙度和自击穿电压的变化，研究电极烧蚀特性及其对自击穿性能的影响。实验结果表明: 随着放电电流峰值和周期增大，电极材料烧损速率与电容电荷量呈线性增加，而电极表面烧蚀粗糙度与电流峰值呈线性增大，自击穿电压变化达到峰值和稳定区的放电次数减少，但稳定阶段的自击穿电压值及其相对标准偏差同时减少，五种放电电流情况下，自击穿电压概率密度分布均遵循高斯函数。

针对设计的一种堆栈式结构多间隙气体开关，分析了绝缘子污染对开关寿命的影响机理。对绝缘子表面电场分布进行了模拟计算，实验研究了绝缘子污染对开关自击穿电压的影响，得到了开关自击穿电压和绝缘子表面绝缘电阻的变化规律，开关在放电电流32 kA实验条件下工作13 000次后，自击穿电压平均值由171.5 kV降低至130.8 kV，绝缘子表面绝缘电阻由200 GΩ下降至22.6 GΩ，绝缘子已无法正常使用。同时提出了提高绝缘子抗污染能力、延长绝缘子寿命的措施和方法。

针对一种用于快前沿直线脉冲变压器驱动源的多间隙气体开关，设计了针式和孔式两种预电离触发结构，获得了两种预电离结构下开关的自击穿特性和触发特性。实验结果表明:增加预电离针后，开关静态特性没有明显变化，开关自击穿电压平均值变化幅度小于3%;开关触发特性明显改善，开关工作电压150 kV、触发电压60 kV时，触发抖动减小约20%，触发阈值降低5~10 kV。对于针式预电离结构，实验研究了不同触发电压、工作气压、电离间隙距离时紫外光强度的变化规律,结果表明在电离间隙距离1.5~3.0 mm时，开关触发抖动小于2.0 ns，预电离效果明显。

针对一种用于快前沿直线脉冲变压器(FLTD)的堆栈式多间隙气体开关，研究了电极表面粗糙度、电场不均匀系数、放电电流、气体压强等因素对开关自击穿电压分散性的影响。电极表面粗糙度0.1~0.8 μm时，击穿电压平均值没有明显变化，击穿电压分散性小于1.5%；电场不均匀系数为1.20和1.30时，电极烧蚀均匀，开关自击穿电压分散性小于2.0%；放电电流由1.1 kA增加到30.0 kA时，击穿电压的分散性增加了约2倍，电极烧蚀的作用明显增强；工作气压由0.04 MPa增加到0.30 MPa，击穿电压的分散性由1.5%增加到36%。初步分析了降低开关自击穿电压分散性的途径和方法。

进行了一种可用于快前沿直线脉冲变压器驱动源系统的多间隙气体开关的设计和实验,给出了开关的静态放电实验结果, 获得了静态击穿电压平均值及标准偏差随气体压强的变化规律。开关充0.15 MPa干燥空气时, 最高耐压可以达到200 kV。研究了开关在不同欠压比和不同触发脉冲幅值下的触发特性。开关工作电压150 kV、欠压比78.5%、触发电压70 kV时, 开关的触发延迟时间34.4 ns, 抖动1.6 ns。开关经过5 000余次放电, 击穿点分布均匀, 可以形成多通道放电。开关结构新颖, 安装操作简便, 装配精度大大提高, 实用性强。

研制了大电流、大库仑两电极气体开关,并研究了其静态特性,给出了开关自击穿概率拟合公式。结果显示:自击穿电压与工作气压基本呈线性递增关系;随着气压的升高,自击穿电压的分散性逐渐增大。数值模拟和实验对比显示,开关自击穿电压的分散性基本满足两参数威布尔分布。该项研究成果能够为选择开关的工作电压及充气压力提供参考,以满足能源系统可靠性的要求。

对"强光一号"加速器预脉冲气体开关特性进行了初步研究,估算了开关固有电容等电气参数.发现在数百ns的电压脉冲作用下,对于满足均匀场或接近均匀场条件的开关,其击穿电压接近其直流自击穿电压.在此基础上,针对"强光一号"加速器预脉冲的特点,选取加速器中预脉冲开关的工作间距及工作气压,在开关间距为24mm,气压为0.6MPa时,成功地抑制了预脉冲.