通过数值求解一维瞬态受激布里渊散射(SBS)声光耦合波方程,从理论上分析了泵浦激光参数及光学材料参数对SBS过程发生阈值的影响.以SBS过程中建立起来的应力场抗拉(压)强度和散射场的反射率为判据,分析了激光脉宽及作用区域长度对激光超声破坏材料效果的影响,探讨了短脉冲激光(约ns)引起的激光超声对材料的破坏机理;讨论了通过参数配置有效遏制SBS过程激光超声对光学材料的破坏问题.

为了研究光腔超扩段的几何外形和内部结构等物理参量,设计了一套实时数据采集和监测系统,硬件以研祥公司的PCI总线高性能数据采集卡(DAS)为核心,软件以VB6.0为开发平台.通过该系统,可以对超扩段内各点气流压力进行高精度测量,有利于光腔超扩段的优化设计.

利用1.319μm连续钇铝石榴石激光对可见光面阵CCD系统进行干扰实验,分析了该CCD系统发生干扰饱和的原因,计算了1.319μm激光辐照面阵可见光CCD的干扰饱和阈值,利用实验数据在定量上验证了计算结果.当像面上激光功率密度达到102W/cm2量级时,CCD出现饱和串音,达到103W/cm2量级时,出现全屏饱和.

用1 064nm激光实验研究了HfO₂/SiO₂薄膜的激光损伤增强效应,实验以薄膜激光损伤阈值70%的激光能量开始,采用N-ON-1方式处理薄膜,激光脉冲的能量增量为5J/cm2.实验结果表明,激光处理薄膜表面能使激光损伤阈值平均提高到3倍左右,并且薄膜的损伤尺度也明显减小.对有缺陷的薄膜,其缺陷经低能量激光后熔和消除,其抗激光损伤能力得到增强,但增强得并不显著,而薄膜本身的激光预处理,可以使其激光损伤阈值大大提高.

分析了角锥棱镜阵列"准"位相共轭特性的原理;采用模拟计算的方法,验证了角锥棱镜阵列对低频波前畸变的抑制作用,并研究了其单元数的优化,指出了该方法的局限性和有效应用范围.研究结果表明,采用该方法能有效地提高畸变激光束的焦斑能量集中度,对于抑制双程同轴激光系统的大幅动态低频波前畸变具有现实的应用意义.

镀制了多种氧化物介质薄膜.用R-on-1方法测定了膜层的激光损伤阈值.引入数据处理方法,对测试数据进行分析.结果表明,基片清洗后,若放置一段时间再镀膜,则会影响到镀膜后膜膜层损伤阈值的均匀性,但对损伤阈值自身大小没有影响.测试激光参数对阈值均匀性也有一定的影响.

利用双积分球光电管系统实验研究了不同厚度的芳纶纤维复合材料在不同强度的1.06μm激光辐照下(低于烧蚀阈值的激光强度)的反射和透射特性,在材料厚度一定时,反射率随着激光功率密度的增加而增加,透射率则呈现指数衰减;激光功率一定时,反射率随着材料厚度的增加而增加,透射率则呈现衰减.通过反射率和透过率可以确定出表面吸收和体吸收的激光能量份额.

介绍了自行研制的全电磁柱坐标粒子模拟程序的电流分配方法和金属爆炸电子发射边界的模拟实现,该电流分配方法满足电荷电流连续性方程,避免了繁琐的泊松修正,适用于复杂边界物理问题的模拟研究.基于此电流分配方法的基础上,给出了建立在高斯定理基础上的简单且易于程序实现的阴极发射边界算法.利用该程序对平面二极管电子发射现象的模拟结果证明了算法的正确性.

提出了一种双同轴虚阴极振荡器,并对其进行了理论分析和数值模拟.这种振荡器采用了一种新的能量提取结构,将波束相互作用和能量提取分开进行.提取区内轴的左端面可以反射微波,为波束相互作用提供反馈机制;同时还可以吸收在下游漂移的电子,这有利于输出功率和效率的提高.在器件的入口处注入峰值电压为500kV的梯形脉冲时,模拟得到了瞬时峰值功率大于2.5GW,周期平均的峰值功率约1.2GW的微波输出,频率为2.175GHz,能量提取效率达到11%.输出的微波保持了传统同轴虚阴极振荡器的优点,模式纯度高、谱宽非常窄.

用时域有限差分方法研究了静电放电火花产生的电磁场在其近场区域与带孔缝金属腔体的耦合问题,基于修正的静电放电火花偶极子模型和脉冲函数放电电流解析表达式,建立了耦合数值模型,经计算分析表明,腔体内孔缝周围分布着较强的静电感应场,而耦合进腔体的瞬变场可以使腔体发生以TE101模为主的腔体谐振,但谐振幅度不大.

用线性流体理论分析了径向渡越时间振荡器谐振腔中电子束与高频场的相互作用,通过数值求解得到了其中束-场能量交换等随直流渡越角的变化规律.与单电子模型的分析结果相比较,流体模型所得结果更具有普适性.

讨论了微波脉冲通过孔缝线性耦合进入腔体内的研究方法.给出了线性耦合的物理基础,定义了耦合函数,并导出了耦合函数随入射电场极化方向变化的公式.简要描述了数值求解孔缝线性耦合的时域有限差分方法以及修正算法.给出了以矢量网络分析仪HP8510C为主要设备测量耦合函数的实验方法.通过耦合函数的研究,观察到了共振效应和增强效应等现象,给出了微波孔缝耦合发生共振的普适公式.分析了测量探头对耦合函数测量的影响,验证了耦合函数随入射电场方向变化的公式.理论、数值和实验结果符合得较好.

设计了一种有孔箔聚焦电子束的高功率分离腔振荡器,并对其进行了理论和数值研究.这种器件采用孔箔聚焦电子束,可以增加重复运行的次数,有效延长导电薄膜的寿命,而且不需要外加磁场聚焦电子束,波束相互作用区短,功率容量大,结构简单,输出信号稳定.还设计了电子束收集极来减小反射电子对器件的影响.对同一器件使用不同电压和电流的电子束,可以得到从50～900MW功率的微波输出.

通过解析积分运算,获得了阶跃脉冲激励口径天线瞬态辐射场的解析表达式,分析了辐射电场脉冲的持续时间与口径尺寸、观察距离及观察角度的关系.研究了在高斯脉冲激励下口径辐射场特性的分析方法,并探讨了脉冲口径天线主轴方向上辐射场的分区依据.

首先推导了描述铁磁体的磁场方程,并分析计算了圆筒型周期性永磁结构环内部所携带的磁能,研究了磁能与永磁体质量的关系.分析表明,采用内外径分别为60和90mm、长为60mm、质量约为30kg的四级周期永磁结构能够提供1kJ左右的磁能.这种结构有可能成为间接馈电磁累积发生器的初始能源.

运用精确的解析推导方法对圆TE11模微波窗的额定平均功率公式做了修正,给出了圆柱盒型窗中介质窗片温升的具体计算方法,并结合实际问题对圆柱盒型窗用于传输高功率连续波时的功率容限和鬼模振荡的特殊危害性以及排除方法进行了详细的讨论.研究结果表明:在L波段,只要排除工作频带内的鬼模,普通圆柱盒型窗用于传输120～150kW的连续波不成问题,并且可以得到14%左右的相对带宽.

用严格的场匹配方法分析了填充等离子体的耦合腔链,研究了等离子体-腔混合模的形成以及"冷带宽"和"热带宽"的展宽效应.等离子体填充周期性耦合腔链后,形成周期性的截止频率为0的等离子体TG模式.当填充的等离子体密度较大,且腔模和TG模式发生部分重叠时,两者相互耦合,形成等离子体-腔混合模式.工作在混合模式下,其"冷带宽"和"热带宽"大大增宽,且耦合阻抗比真空时提高了近5倍,因此在填充等离子体后,耦合腔链的慢波特性得到了显著的改善.

根据回旋管对电子枪的要求,采用综合法和分析法设计了该单阳极磁控注入电子枪.编制了一套大型的计算程序,利用计算机辅助设计,给出了电极形状、电子轨迹与电子注参量.计算表明,这种电子枪具有速度零散小、层流性较好、体积小等特点.该枪已用于制管实验中.由热测实验表明,它具有明显的优点,并获得了1 27kW的峰值功率和超过10%的效率.

提出了馈电系数概念,采用时域有限差分法(FDTD),分析了恒阻抗喇叭辐射主轴辐射电场脉冲峰峰值与距离之积以及喇叭馈电系数与喇叭几何尺寸的关系,得到了主轴上辐射电场峰值及脉冲持续时间随喇叭口径尺寸和喇叭臂长以及喇叭夹角的变化特性,为TEM喇叭天线的设计和性能评估提供了参考.

从优于传统的图解法和缩尺法的角度,简要介绍了用于设计收敛型皮尔斯电子枪的"综合法".采用综合法重新设计了现有的用于灭菌加速器的热阴极电子枪,并对应用综合法的合理性进行了讨论.依据综合法给出电子枪的主要参数初值,由EGUN程序进行电子枪模拟计算,完成了聚焦极和阳极形状的设计.最终设计了出口束流强度1A,电流密度较均匀,归一化发射度小于4mm?mrad的电子枪,符合实际工程需要.

介绍了强光一号加速器长脉冲功率系统;分析了强光一号加速器长脉冲轴向绝缘高阻抗电子束二极管的管绝缘体和真空磁绝缘传输线的结构与绝缘性能;阐述了二极管工作阻抗和阴阳极的设计原则,给出了设计参数.实验研究表明:二极管电压0.75～2.6MV,电流65～85kA,电压幅值对应的工作阻抗14～44Ω,输出轫致辐射脉冲宽度100～400ns,100cm2输出窗口的轫致辐射剂量率108～2×109Gy/s.

分析了脉冲线加速器在放电过程中产生的预脉冲电压现象.为了减少预脉冲电压引起的等离子体发射对正常状态的影响,采用了一种冷阴极撬棒管,将它与阴极杆相连.实验证明在采用了这种器件后,预脉冲电压可以从150kV左右减少到50kV.相对论返波管和相对论磁控管的性能得以显著改善.

在赝火花放电过程中观察到异常加速的高能粒子,利用分析磁铁证实了这一物理现象.对照超快激光打靶产生的数百MeV量级的脉冲离子束,以及类星体涡旋结构产生超高能准直宇宙射线等现象,作者提出用涡旋动力学产生的挠场轴向加速来解释这些发生在不同物质运动层次的异常加速现象.阐述了集体场或尾场加速理论在解释这种理论时的不足之处.