采用等离子体流体理论，从线性扰动方程出发，研究了电子束电流大小对介质切伦科夫脉塞中束波相互作用色散关系的影响，得到了当等离子体返回电流能有效中和与不能有效中和电子束电流两种情形下色散关系和波的增长率，并讨论了电子束电流对束波相互作用色散关系和波增长率的影响。研究表明，等离子体返回电流能有效中和与不能有效中和电子束电流两种情况下有着不同的色散关系和波的增长率。在波导参数和背景等离子体参数固定的情况下，电子束电流并不是越大越好，电子束电流过大不利于提高器件效率，它们之间存在最佳匹配关系。

设计了等离子体填充的二维金属光子晶体特殊开放腔体结构,并采用粒子模拟技术(PIC)建立了基于等离子体填充腔体结构物理模型,分析了等离子体填充下二维腔体的各模式场分布特性,以及等离子体的引入对腔体内各模式工作频率、电场幅值的影响。结果表明: 腔体内各模式的电场强度随等离子体密度的增加而减弱,模式频率随背景等离子体归一化频率的提高而增加,工作模式的产生与激励方式密切相关。

在神光Ⅱ装置上2.4 ns长脉冲三倍频激光(激光能量8×300 J)与腔靶耦合实验研究中,X光分幅相机通过激光注入孔观测获得了3种腔尺寸腔内Au等离子体径向运动时空分辨图像。用MATLAB对图像进行了定量处理,结合时间分辨辐射温度测量结果分析表明:在腔内不充气、无低Z衬垫情况下,标准腔(800 μm×1 350 μm)在激光脉冲作用到约1.5 ns时出现明显的Au等离子体堵腔效应;当腔尺寸放大到1.25倍(1 000 μm×1 800 μm)和1.5倍(1 200 μm×2 100 μm)时,腔内等离子体基本不堵腔。给出了3种腔尺寸不同时期腔内Au等离子体径向聚心速度,分析表明:大腔的聚心速度比小腔的慢,后期比初期慢。

对非磁化等离子体填充的相对论返波管进行了粒子模拟分析,结果表明在一定的等离子密度范围内,观察到电子注的良好传输,得到了高功率电磁波输出。等离子体密度变化过程中,输出存在有峰值功率点。通过粒子模拟清晰地观察到注、等离子体及波相互作用的物理过程,并且模拟结果解释了部分实验现象。