用高通断比ICCD作为快速光开关,在中国科学技术大学的800MeV电子储存环上建造了一套光学速调管谐波超辐射测量系统,从每隔106个自发辐射脉冲所形成的脉冲链里选出超辐射脉冲,测量谐波辐射的相干增强因子和谱宽.

测量常规方法与快速方法生长的非线性光学KDP晶体紫外及近红外波段透射光谱性能,并测定了晶体不同生长区域杂质的含量,通过对实验结果的分析比较讨论了影响晶体紫外透过性能的因素；采用多脉冲平均方式测量了不同方法生长的晶体在1064nm及532nm皮秒激光脉冲作用下的晶体损伤阈值,晶体的体吸收系数与晶体抗损伤能力的对应关系表明晶体内部的杂质与缺陷存在着明显的光吸收,从而降低了晶体对高能量脉冲的负载能力。

针对光学元件参数存在随机误差的多光束高功率固体激光驱动器,利用概率与统计的方法模拟计算了9-6排布四程放大系统输出时间宽度为1ns和13ns的平顶脉冲时主放大器输出的基频光的能量离散情况。计算结果表明,当激光脉冲工作在介质的线性放大区时,输出脉冲的能量离散度较大；而当激光脉冲工作在介质的深度饱和区时,输出脉冲的能量离散度较小。利用放大器的这一性质,可以通过增加注入能量的方法使激光器工作在深度饱和状态,从而减小输出脉冲的能量离散度。

夏克-哈特曼(Shack-Hartmann)波前传感器由于其光能利用率高、结构简单等优点,是目前自适应光学系统波前传感器的主要形式。分析了像增强型CCD(ICCD)波前探测器的光斑信号采样值的统计特性并提出了质心探测误差的数学模型,实验分析了C2166型像增强器ICCD波前传感器的探测精度,并给出实验分析结果。结果表明,理论分析与实验数据非常一致。

描述CCD器件在HL-1M多发弹丸加料实验中观测短暂消融云的应用结果,并介绍一种有特色的触发方式--用弹丸自身辐射的氢α射线启动相机。实验证明:这种安排能取得大量照片,CCD成功地应用于弹丸消融过程观测,图片处理分析后获得消融云形状、结构和辐射强度分布等。可以相信CCD诊断方法不但加深了弹丸加料的认识,也会促进**工程相关瞬态高速过程的研究。

根据啁啾脉冲激光参量放大技术,数值模拟了光参量放大在啁啾脉冲放大中的应用。研究啁啾脉冲参量放大增益及时间特性,特别是在大信号注入与小信号注入两种有代表意义的情况下,详细分析了群速度失配、相位失配对放大过程的影响。研究泵浦光脉冲与信号光脉冲的时间同步要求,讨论了放大系统的稳定性。

在TRIM软件计算结果的基础上利用蒙卡方法编制了能量沉积效率与损失率的EDL计算软件,模拟计算了泵浦腔尺寸、混合气体中3He分压等参数与能量沉积密度之间的关系,研究了反应堆核泵浦激光腔内的能量沉积问题,推导出了能量沉积密度的函数关系式。

对高斯光束通过有硬边光阑近轴ABCD光学系统的传输进行了研究,采用将矩形函数展开为复高斯函数的技巧,推导出了近似的解析传输公式。以高斯光束在有光阑情况下自由空间的传输为例进行了数值计算,对所用方法能节约大量机时的优点和计算误差作了讨论,并进一步推广用于平面波和平顶高斯光束,证实了这一方法具有广泛的应用意义。

利用高能电子对电磁波的康普顿后向散射可以获得波长短、方向性好的X光辐射,这种具有亮度高、发散角小、光子能量可调等特点的辐射,有很好的应用前景。由于电子对电磁场的散射截面很小,要获得较高强度的辐射,不仅要求很强的电磁场作为散射场,而且要求电子束的亮度高；利用光阴极RF腔注入器及30MeV射频加速器产生的30MeV电子束同Nd:YAG激光光腔中的强光场作用,可以获得较高强度的康普顿后向散射,其波长为0.07～0.14nm,发光本领可以达到2.5×10¹¹光子/s。

通过对电子能量分布函数所满足的Boltzmann方程的求解,得到了高温氧原子气体中激光产生电离击穿效应时的束流强度阈值。这一阈值远小于在低温氧分子气体中产生电离击穿的阈值,最多可相差两个数量级。导致这一现象出现的主要原因是原子和分子的能级分布和激发自由度有很大的差别。

研究了电子辐照对ZnO/K₂SiO₃型热控涂层光学性能的影响。采用 1 0 ,3 0 ,50和 70 ke V的电子对试样进行辐照。在辐照前后对每一个试样的光谱反射系数进行了原位测量。根据 Johnson太阳光谱分布计算了涂层的太阳光谱吸收系数。分析了电子能量对光谱反射系数和太阳光谱吸收系数的影响 ,并对红外区光谱反射系数的变化结果进行了讨论。实验结果发现电子辐照后ZnO/K₂SiO₃涂层的光学性能发生严重退化 ,退化程度取决于电子能量 ,随电子能量的增大而增大。

根据光的吸收机理,分析了单粒子效应脉冲激光模拟实验中所需用的脉冲激光的特点,探讨了脉冲激光单粒子效应的MonteCarlo计算模拟途径。在只考虑光电效应的简化下,得到存储器硅片单粒子翻转时入射脉冲激光能量阈值与临界电荷的计算关系式,进而给出该硅片的翻转截面的计算公式。在给定了存储器硅片的临界电荷的情况下,对入射脉冲激光能量阈值和单粒子翻转截面进行了计算。

对线极化超短脉冲强场电离进行了回顾和分析。对不同参数的超短脉冲、线极化强激光与轻元素气体靶相互作用产生的等离子体中电子剩余能进行了解析和粒子模拟数值计算。考虑到强场线极化光产生的等离子体的高电离度和低电子温度的特点,采用了有别于通常计算逆轫致吸收的方法,用零温度近似计算逆轫致效应。模拟过程中还考虑了纵向电场效应。给出了强场线极化光与氦和氖元素气态靶相互作用的理论计算结果和相应的结论。

采用2.5维柱坐标粒子模拟程序研究了低密度等离子体融断开关(PEOS)工作过程中的物理现象,介绍了计算模型的建立和复杂边界的算法处理。模拟结果表明:在PEOS导通电流的过程中,电流通道最初在等离子体的发生器端形成,随着导通时间的增大而向负载端漂移,离子的空间分布并没有明显的变化；当PEOS发生断路时,等离子体离子的密度会迅速降低,并最终导致PEOS阴极附近的等离子体的密度接近为零,此时阴极电子完全受磁场箍缩作用而不能到达阳极,PEOS完全断开。

采用爬山-模拟退火混合优化算法,选取合适的权重因子,改善了衍射光学束匀滑器件的设计性能,其顶部不均匀性小于1％,能量利用率优于95％。采用旋转镂空掩模板,加工出φ180的束匀滑器件,并进行了实验研究,获得了较好的束匀滑光强包络。为获得真实的束匀滑分布、改善顶部均匀性、提高抗波前畸变宽容度,选取特定的焦面采样间隔进行了精细化设计。

简要讨论了强脉冲离子束与金属靶材料相互作用的理论模型,以此为基础应用数值计算的方法模拟计算了离子能量为1.0MeV和300keV,束流密度分别为10A/cm2,50A/cm2和100A/cm2的质子束与金属铝靶材料相互作用时的热力学效应,给出了铝在辐照后内部的温度分布、温度梯度分布,以及温度变化速率(加热速率与冷却速率)、热激波的产生与传播过程及应力等模拟计算结果。

介绍了用于惯性约束聚变(ICF)等离子体诊断的取样成像扫描分幅技术的原理,分析了该分幅技术的有关特性参数,如曝光时间、画幅数目、空间分辨率等。借助于特别设计的扫描变像管进行了该技术的原理性实验,并利用计算机数字图像处理技术进行图像的重构。实验获得了持续时间约100ps的发光过程的16幅图像,曝光时间优于6.3ps,阴极上空间分辨率为3.5lp/mm。

提出一种新型相对论返波管--同轴引出相对论返波管结构。首先,利用KARAT软件对这种结构进行了2.5维全电磁粒子数值模拟,经过参数调整,输出的微波脉冲功率为2.0GW,微波频率为9.28GHz,转换效率达45％。并在模拟中对电子束与电磁波的作用过程进行了跟踪和分析；然后利用SUPERFISH软件对此结构中的场分布进行了计算,结合PIC模拟结果,初步证明了由于内导体的引入改变了返波管末端的反射,有利于电子束与电磁波的能量交换。

建立了利用储能切换法实现微波脉冲压缩的实验装置并进行了实验研究。在输入脉冲功率为2.7MW,脉冲宽度为1.4μs的情况下,脉冲压缩功率增益近40,输出微波脉冲功率为106MW,脉宽为13～14ns。实验结果表明输出功率增益与气压和气体成分没有明显的联系,气体击穿的分散性可能是导致输出功率增益波动的主要原因。

使用GTEMcell实验系统,研究了连续波电磁辐射对基于混沌同步理论的保密通信系统的电磁干扰。混沌保密通信系统采用由典型的Chua氏混沌电路构造混沌同步系统,采用掩盖法对模拟信号进行加密传输。实验发现:在100MHz～150MHz的频率范围内,超过一定功率密度的电磁辐射会导致系统的混沌加密功能失效,此后即使停止电磁辐射,系统仍无法自行恢复到混沌加密状态。

采用行波管一维大信号非线性理论,建立了高频参数和外部工作状况零散模型,对影响增益、相位频率特性的主要因素进行了理论分析和数值计算,分析了如何合理地选择相位一致行波管工作点,为新近研制的相位一致行波管提供了计算机模拟并得到了很有价值的计算结果。

介绍了多束速调管的结构特点和一些特性估计。对柱型输出腔,利用正交模分析的方法导出了输出腔耦合系数的近似式,对多束速调管的频宽特性进行了初步分析。多束速调管输出效率和频宽的乘积的增加完全依赖束导流系数的增加,而耦合系数和腔特性阻抗随电子束束数的增加而降低,但降低速度较慢,因此,多束速调管的效率与频宽的乘积较单束要大。

为实现北京自由电子激光(BFEL)的受激辐射与饱和振荡,加速器的微波功率相位稳定度要小于1°。对微波相位的变化与速调管高压调制器人工线之间的关系做了仔细的实验研究。对高压调制器的48节人工线做了全面的优化调整。调整结果令人满意,在6μs高压调制器最大脉宽里,速调管输出功率的微波相位纹波由调整前的±2.6°降到了±1.5°；在BFEL加速器实际使用的4μs宽里,相位纹波仅为±1°。

用数值方法研究了超宽带电磁脉冲源经同轴型传输线输出到TEM天线上的发射问题。TEM喇叭天线的前端是平行板传输线。用时域有限差分方法模拟了超宽带电磁脉冲在平行板传输线和TEM波喇叭中的传输,给出了天线的输入阻抗和电压驻波比随频率的变化关系、天线的辐射场分布以及天线辐射的能量方向图等。

根据离子束生物工程的需要 ,设计和研制了一台用于静电加速器的小型高频离子源。针对使用环境从理论上确定了离子源的结构和尺寸。通过实验调试取得了引出束流与引出电压、聚焦电压以及放电气压之间的变化特性曲线 ,测定了引出束流的束径包络 ,对束流的不稳定性进行了分析 ,在设计中采取了有效的措施抑制束流不稳定性。结果表明 ,离子源的最佳工作条件为引出电压 1 60 0～ 1 80 0 V,放电气压在 ( 4～ 8)× 1 0 -4 Pa范围 ,此时离子源可引出最大束流 3 0 μA。束流大小及其稳定性均达到预期要求。

分析了对强流相对论电子束采用交变极性聚焦磁场聚焦存在稳定解的条件,提出了采用交变极性聚焦磁场抑制Corkscrew运动的机理。数值计算结果表明,在采用交变周期为1m、峰值磁场设为0.2T的情况下,对于能量为12MeV的电子束,当聚焦布局长度为2.8m时,束质心位移可从5mm(始端)被抑制至近似0(终端)；对于能量为20MeV的电子束,当聚焦布局长度为4.5m时,束质心位移可从5mm(始端)被抑制至近似0(终端)。

给出并分析了铁电介质阴极电子枪的初步数值模拟和实验结果。实验表明其发射电子密度可达110A/cm²。该种电子枪产生的电流密度大于阴极发射电子初始能量为零时的空间电荷限制电流,PIC数值模拟结果表明可以通过给发射电子赋予一定的初始能量来解释这一现象,理论分析认为铁电介质阴极发射电子具有初始能量是合理的。

ELV-8型加速器的加速管分为变梯度加速管段和等梯度加速管段两部分。阴极为六硼化镧平面阴极。电子束的聚焦采用变梯度场聚焦,使电子束成为层流束。电子枪的平面电极使得阴极发射面前的电场均匀,从而使得加速管的电子光学系统对初始条件不过于敏感,而便于电子枪的替换。

利用超导腔束管耦合器具有轴对称结构的特点,使用SUPERFISH程序对其耦合度进行数值分析,给出了束管耦合器内导体位置与耦合度的关系曲线,并根据等效电路的分析结果,结合超导腔光阴极注入器的实验参数,给出束管耦合器的设计参数。