针对激光热成像技术定量检测铝合金表面微小裂纹宽度精度不足的问题，通过系统分析表面裂纹处热传导规律，并构建长脉冲激光激励条件下铝合金表面裂纹位置处准稳态温度场的温度分布模型，发现沿激光线方向的温度分布能够定量表征裂纹宽度。搭建了激光红外热成像试验平台并进行试验，获得了准稳态温度场下的温升分布规律，分析了不同宽度裂纹的温升分布特征和温升变化特征，基于温升分布特征参量和温升变化特征参量，采用比值定义法构建了不依赖激光功率的裂纹宽度综合指标。结果表明，所构建的空域特征参量综合指标显著提高了裂纹宽度检测的可靠性和准确性，能够实现50~700 μm宽度裂纹的定量检测，该结果能够为实现激光红外热成像技术在航空航天裂纹量化检测的应用奠定坚实基础。

为实现脉冲驱动源的高储能密度和紧凑化，研制了一种以甘油为储能介质，具有中筒螺旋和内筒螺旋的高功率双螺旋Blumlein脉冲形成线（BPFL）。首先，综合绝缘稳定性和储能密度考虑，分别计算BPFL的外线和内线尺寸。利用增加中筒和内筒螺旋的方式增加输出脉宽和形成线阻抗，实现BPFL的紧凑化设计。其次，利用场路协同仿真软件计算形成线内的瞬态场位形变化，结合瞬态场分布分析电压波在形成线内的传输过程，给出外线和内线传输时延的仿真结果。在此基础上，对中筒螺旋匝数、内筒螺旋匝数，以及开关电感等影响输出波形质量的情况进行详细分析。最后，根据仿真优化结果搭建基于双螺旋BPFL的10 GW实验平台。利用脉冲变压器对BPFL充电600 kV，在10 Hz重频条件下运行10 s，于50 Ω负载上产生峰值电压712 kV、半高宽136 ns的准方波脉冲，单脉冲能量与BPFL体积比达到10.8 kJ/m³，脉冲平顶峰峰值抖动为3.8%，与仿真结果吻合度较高。

基于射频负离子源的中性束注入系统是高功率长脉冲（稳态）运行中性束注入系统的最佳选择。负离子源是中性束注入系统的核心部件，需要实现稳定的负离子束引出和加速。在负离子源的运行过程中引出负离子电流会发生变化，尤其在长脉冲、高能量运行条件下会更加明显，因此无法满足稳定运行的要求。为了实现引出束流的稳定引出，开展了束流反馈控制研究，研发了一套基于射频功率调节的束流反馈控制系统，并将束流反馈控制系统应用在射频负离子源测试平台，开展了束流反馈控制测试。测试结果表明束流反馈控制系统能够实现对束流的实时反馈调节以获得束流的稳定引出，验证了基于射频功率调节的束流反馈控制的可行性，为高功率射频负离子源的研制提供支持。

为了研究硅基QPD在不同能量密度、不同脉宽激光辐照下的损伤面积、形貌，基于二维显微测量技术，测量了硅基QPD单一象限的损伤面积、形貌随激光能量密度和脉宽的变化。结果表明，在毫秒脉冲激光作用下，硅基QPD产生表面剥落、褶皱、裂纹、熔坑等损伤效果，且主要受入射激光功率密度影响，损伤面积随激光能量密度逐渐增加，随脉宽增加逐渐降低。通过实测分析，得出了不同激光脉宽下，硅基QPD表面形貌损伤阈值。激光脉宽为0.5 ms，能量密度为15.79 J/cm²时，硅基QPD出现熔融损伤；而脉宽为1.0、1.5、2.0、3.0 ms时，硅基QPD出现表面剥落的能量密度值为14.12、33.94、39.76、47.62 J/cm²。

为探究毫秒脉冲激光辐照单晶硅的热损伤规律和机理，利用高精度点温仪和光谱反演系统对毫秒脉冲激光辐照单晶硅的温度进行测量。分析温度演化过程，研究毫秒脉冲激光对单晶硅热损伤全过程的温度状态和对应的损伤结构形态。研究表明：脉冲宽度固定时，激光诱导的单晶硅的峰值温度随能量密度的增加而增加；当脉冲宽度在1.5~3.0 ms之间时，温度随脉冲宽度的增加而降减小。温度上升曲线在熔点（1 687 K）附近时出现拐点，反射系数由0.33增加为0.72。在气化和凝固阶段，出现气化和固化平台期。单晶硅热致解理损伤先于热致熔蚀损伤，在低能量密度激光作用条件下，应力损伤占主导地位，而在大能量密度条件下，热损伤效应占主导地位。损伤深度与能量密度成正比，随脉冲个数增加迅速增加。