随着高功率微波源向高功率、高频率和长脉冲方向不断发展，同轴相对论速调管放大器（RKA）成为近年来研究热点之一，然而其发展一直受限于自激振荡等问题存在，为此，设计一种高Q值单间隙同轴谐振腔，以抑制同轴RKA中TEM模式泄露引起的自激振荡。通过对单间隙同轴谐振腔TM₀₁模式与TEM模式转化进行理论分析与仿真模拟，发现同轴谐振腔上下槽深差值与轴向错位值对其Q值变化影响很大，当上下槽深差值与轴向错位值分别为0.3 mm和0 mm时，同轴谐振腔的Q值为极大值（18 764），意味着此时谐振腔中两种模式转化最小，多组谐振腔级联后自激振荡风险大大降低。将三组级联的高Q值单间隙同轴谐振腔应用于紧凑型同轴RKA，粒子模拟和实验结果表明，器件的输出微波功率稳定，频谱纯净，无自激振荡等问题存在。

通过半导体激光二极管(LD)垂直阵列端面泵浦Nd:YAG晶体获得了高能量1 064 nm调Q激光输出。根据LD波长随温度线性变化的物理特性，通过调节LD温度改变泵浦光波长，使其偏离Nd:YAG的吸收峰，降低了激光介质泵浦端面增益，有效抑制了制约调Q激光输出能量的自激振荡。在LD泵浦能量530 mJ时，产生了95 mJ的1 064 nm激光输出，相应的光光转换效率为18%，调Q动静比为73%，激光脉宽8 ns，光束发散角为2.5 mrad.

采用垂直腔面发射激光端面泵浦Nd∶YAG获得了高能量的1 064 nm调Q激光输出。与边发射半导体激光相比, 垂直腔面发射激光具有各向发散角相同、波长随温度漂移小等优点, 更适合用作泵浦源以产生高效率、结构紧凑的激光。泵浦能量为200 mJ时, 产生了最高45 mJ的1 064 nm激光输出, 光光转换效率达到22.5%, 激光脉宽为8 ns, 发散角为1.2 mrad。基于模拟计算优化了Nd3+掺杂浓度, 通过采用低浓度的Nd∶YAG晶体减小泵浦端面增益, 从而有效抑制了影响调Q激光能量提高的自激振荡, 为获得高能量的端面泵浦调Q激光输出提供了有效的技术手段。

针对高Q值微机电陀螺的快速起振问题, 研究其驱动轴控制方法。分析了高Q值谐振器的振动相位随频率的变化率, 阐明了锁相环方案启动时间长且对初始频率偏差敏感的原因。用平均法推导了自激振荡方案下起振初始阶段振幅随时间的变化规律。提出了“自激-锁相”驱动轴控制方案, 先采用自激振荡方式使陀螺快速起振, 再转为锁相环方式使振动频率精确稳定。经实验测试, 采用锁相环方案, 当初始频率偏差在±10 Hz以内, 陀螺的启动时间为2 s; 采用自激-锁相方案, 只要初始频率偏差在±1 000 Hz以内, 陀螺均可在0.3 s内达到频率误差小于0.01%, 在0.4 s内达到振幅误差小于0.1%。“自激-锁相”方案大幅度缩短了陀螺的启动时间, 而且对陀螺初始频率的设置偏差不敏感, 对环境温度变化的适应性好, 适用于微机电陀螺的批量生产。

在高功率主振荡功率放大激光器(MOPA)中,放大的自发辐射(ASE)及其引起的 自激振荡对激光器输出光特性有显著影响。理论分析了自激振荡与光纤端面 反射率的关系。基于自行设计的MOPA光纤激光器系统,实验研究了自激振荡 与增益光纤长度、抽运光功率和信号光功率之间的关系,并根据实验结果归 纳出MOPA光纤激光器的输出特性曲线。结果表明放大级的放大倍数介于 10～15之间时,输出光谱中自激振荡光所占的比例最小。实验结果为优 化MOPA光纤放大器、提高输出激光的信噪比提供了一定参考。

0.14 THz 折叠波导行波管是一种宽频带高增益器件，容易产生自激振荡，破坏管子的正常工作。在管内加入衰减器是抑制其振荡的核心技术。本文考虑了衰减材料的配比选择，以及结构形状的匹配，运用三维模拟软件对衰减器的吸收和反射特性进行计算，优化并研制出适合0.14 THz 行波管使用的衰减器。进行冷测后，其匹配和吸收特性都满足衰减器需求，为制作0.14 THz行波管放大器奠定了基础。

为满足X波段三轴速调管放大器（TKA）各腔内部自激振荡的诊断需求,设计了一种结构单紧凑、无需外部密封结构的新型波导耦合器。利用小孔耦合原理和CST仿真软件,针对TKA中常见的自激振荡TE61模式,对该耦合器的耦合特性进行了理论分析和仿真设计。结合PIC方法,建立了利用该耦合器诊断TKA同轴漂移管内传输微波频谱特性的物理模型。通过仿真计算,验证了所设计的耦合器用于TKA自激振荡诊断的有效性。

在高增益相对论速调管放大器中,自激振荡严重影响器件的正常工作并导致脉冲缩短。通过粒子模拟研究了高次模式自激振荡的激励机制,并提出在器件内加入微波衰减材料来抑制该类自激振荡。详细研究了衰减材料的电导率和几何参数与高次模式衰减常数的关系,并开展了微波衰减体的冷测实验。冷测表明微波衰减体对高次模式的衰减达11.25 dB,其性能满足器件实验要求,可以用于高增益相对论速调管的热腔实验。