为了了解在高重复频率激光剥离-火花诱导击穿光谱中原子辐射的时域特征,选择925银合金为样品,采用高重复频率激光剥离-火花诱导击穿光谱技术,通过实验研究了不同电容条件下Ag I 328.07 nm、Ag I 338.29 nm、Ag I 520.91 nm、Ag I 546.55 nm、Cu I 324.75 nm、Cu I 510.55 nm原子辐射谱线的时域图。尽管这些谱线对应于不同的上能级,但由于火花放电的作用,原子辐射在时域上表现出了非常相近的特点。原子辐射的维持时间和衰减特性主要由火花放电的电学参数决定,上能级的能量高低对它们的影响并不明显。在高重复频率激光剥离-火花诱导击穿光谱中,非门控信号记录模式下记录的光谱近似等效于门控信号记录模式下记录的光谱,可以用于开展元素的定量分析,这有助于降低该技术对门控光电探测器件的要求。

以门控脉冲高压电源作为火花放电电源, 研究了火花放电辅助-激光诱导击穿光谱中放电通道与火花放电相对于激光脉冲之间延时的关系.研究结果表明: 在合理的剥离激光能量和电极空间布置下, 调节该延时可以实现由“V”字形放电到平行放电的转变.在“V”字形放电时, 火花放电会扩大烧蚀坑洞的直径、破坏横向空间分辨率; 而在平行放电情况下, 火花放电不会扩大烧蚀坑洞的直径, 从而保证其横向空间分辨率仅由激光剥离来决定.在平行放电的条件下开展了铝合金中铬元素的火花放电辅助-激光诱导击穿光谱定量分析, 其检出限达到了8.8 ppm, 比单纯的激光诱导击穿光谱技术的分析结果改善了8倍.在火花放电辅助-激光诱导击穿光谱技术中采用带外触发控制的火花放电模式, 可以实现平行放电和高横向空间分辨的样品表面元素分析.

采用单间隙伪火花放电装置，研究了纳秒脉冲下气压、间隙距离和小孔直径对伪火花放电特性的影响。研究结果表明，纳秒脉冲下伪火花放电电压随着气压、间隙距离和小孔直径的增加而减小。通过数值拟合，得到了放电电压与气压、间隙距离和小孔直径间的经验公式。放电电压随着气压、间隙距离和小孔直径的增加而减小，衰减系数分别为0.76，0.39和0.39。

设计了典型参数下的伪火花放电开关,进行了空气介质下的电压特性实验,给出了伪火花开关放电电压与气压变化的关系曲线;测量了产生伪火花放电的气压范围(1～29Pa)和单间隙伪火花放电开关耐受电压的最大值(40kV),测得了伪火花放电与辉光放电的转折点气压(29Pa),并对实验结果进行了理论分析.研究了伪火花放电开关电压跌落时间与放电电压的关系,首次将开关电压跌落过程分为暂态阶段和稳态阶段,讨论了放电电路参数,气体压力,开关结构和放电电压对电压跌落时间的影响.实验表明,在气压和开关结构不变的条件下,暂态过程时间由放电电压决定,电压越高,则所需时间就越短;稳态过程时间由放电电路参数决定,不受放电电压影响.

设计了伪火花开关的陶瓷材料表面放电触发器,该触发器体积小,结构简单,可焙烧.经大量实验(>105次)表明,较传统的表面放电触发器可靠性提高,寿命延长,用它触发的伪火花开关(放电电压30～2kV)具有稳定的放电时延(50～340ns)和时延抖动(15～40ns).由于触发电流大,因此可在极低的开关电压下触发开关,对耐受电压30kV的伪火花开关,其最低可触发开关电压可至600V.

分析了自由电子激光器的小型虚火花电子束源在去掉脉冲传输线的情况下的阻抗匹配问题,并对此进行放电实验。得到了虚火花放电过程中的放电室阻抗曲线；并利用小型放电装置在255kV的放电电压下得到了束流强度为4.3kA的电子束输出。

采用非线性模型对拉曼自由电子激光器进行数值模拟, 发现虚火花束源自由电子激光器可以去掉导引磁场, 用小周期摇摆器, 实现器件的小型化和高功率。

介绍了虚火花放电实验。改变马克斯发生器开关中的放电气体，提高了放电的稳定性。改善虚火花放电室外绝缘油的性能，获得了能量为480 keV，束流为13 kA的电子束，电子束的传输距离达到75 cm。证明了摇摆器磁场能提高电子束聚焦性能。

自由电子激光器的应用前景取决于器件能否小型化。本文对现有拉曼自由电子激光器的小型化进行了总体研究，以期实现台式拉曼自由电子激光器，这对自由电子激光器最终走向实用化具有现实意义。