电子云不稳定性是强流质子加速器稳定运行的一个重大障碍。在电子云积累的过程中, 二次电子多级倍增是电子云的主要来源。二次电子多级倍增机制可以用电子的运动和能量增益来分析。为了得到电子云的密度及分布, 编写了一个模拟程序用来跟踪电子云的发展演化过程。分析了在质子束团作用下电子的运动, 分析二次电子多级倍增的原因, 并用模拟程序进行了计算, 结果发现电子云与束团的纵向分布密切相关。

在受激辐射粒子加速(PASER)中,受激介质中处于激发态的电子跃迁到基态时辐射的光子能量直接以量子形式转移给从它旁边经过的电子。 首先对单个电子束团穿过受激介质时产生的电场进行了理论推导,并分别对受激的二氧化碳混合气体和受激氟化氩混合气体进行了计算。 计算结果表明加速梯度可以达到1 GV/m,比现有的普通加速器(如盘和波导加速结构)加速梯度高两个数量级。此外,通过二维模型进一步分析了 电子微束团串穿过受激的混合气体介质获得的能量增益。结果表明电子束团串可显著吸收受激介质中的量子态能量,且吸收的能量与相互 作用长度成正比。在相互作用长度等于0.5 m时对束团参数和其它的量对能量交换的影响进行了分析。通过理论计算给出了电子获得最大能量 增益时的优化参数。

从速率方程和薄膜光学理论出发,对垂直腔半导体光放大器(Vertical Cavity Semiconductor Optical Amplifiers,简称VCSOAs)在脉冲工作情况下的动态增益进行了数值模拟.在计算中考虑了载流子和光强沿光轴方向的不均匀性,以及腔内介质折射率的不连续性对光波传输的影响.详细分析了反射模式下VCSOA在脉冲通过时载流子密度和瞬时增益的变化、输出光脉冲的畸变以及抽运光功率、分布布拉格反射镜(Distributed Bragger Reflector,简称DBR)周期数、输入脉冲能量以及脉冲宽度等参量对脉冲放大中的能量增益的影响.结果表明,能量增益随抽运光功率增大而增加;在峰值功率一定时输入脉冲宽度的增加将减小能量增益;输入脉冲能量的增加也会引起能量增益的下降,而适当减少顶部DBR的周期数可以改善这种脉冲放大的能量增益饱和特性.

使用简单的爆推模型估算爆推快点火过程及其结果. 首先由ns级主驱动激光直接驱动,形成中心低密度高温热斑,周围为高密度低温主燃料区, 两区压力平衡(等压模型);然后用ps级超短超强激光打入,产生超热电子,其能量在低温主燃料区沉积,主燃料区发生爆炸,一部分向外飞散,一部分向内压缩中心热斑.在这个爆推模型下,热斑体积压缩比为64,中子产率将有极大的提高,相应的中子产额和能量增益得到提高.离子温度因为主燃料区质量过大,提高不大.提高超热电子能量,或者减小低温主燃料区质量,离子温度将会显著提高.不同的初始离子温度对结果有很大影响,较低的初始温度下更容易得到较高的中子产率和产额.

实现中心点火的基本条件是在内爆中心形成面密度0.3 g/cm2,温度10 keV的点火热斑.减速阶段流体不稳定性的增长,会破坏对称压缩,减小热斑体积,直接破坏点火热斑的形成,对点火构成威胁.在原有LARED-S程序的基础上,加入热核反应和α粒子加热过程程序模块,对直接驱动ICF球内爆过程进行数值模拟研究,1维模拟结果与NIF直接驱动点火靶的设计基本相符,显示α粒子加热对边缘点火起重要作用;2维模拟表明减速阶段流体不稳定性对点火有重要影响.

在分析几种激光基质材料的光谱和激光特性的基础上,提出了在功率受限型激光装置的主放大级中混合使用高增益激光玻璃和低非线性折射率n2玻璃的新思路,以期在降低n2的基础上提高激光装置的系统输出能力.采用光传输程序模拟计算的结果表明,主放大器前级用磷酸盐玻璃,后级换用低n2的氟磷酸盐玻璃的混合配置,可以有效地减小级间B积分条件对系统输出能力的约束,系统的最大能量输出有近百分之十几的增长.

在分析不同基质材料激光特性的基础上,结合钕玻璃放大系统的增益特性和△B分布特性,提出了在高功率激光装置的主放大级中,混合使用高增益激光玻璃和低非线性折射率玻璃的新思路,以期在降低非线性折射率的基础上提高激光装置在短脉冲的输出能力.用光传输程序模拟计算所得结果表明该方案能有效提高系统输出能力.在1 ns时,激光系统最大能量输出有30%～40%增长.

分析了带非线性放大光纤环的全光纤激光器的自启动锁模特性,得到了计算该激光器中光脉冲的有效能量增益的理论模型.结果表明,激光器的自启动锁模同掺Er3+光纤的增益及纤芯的有效截面积有关,并计算了自启动锁模的阈值峰值功率大小.应用本文的理论模型能成功地解释观察到的实验现象.