利用透镜聚焦,抛物面喷管约束,结合复摆和光指针测量系统研究了单脉冲能量对吸气式激光推进冲量耦合系数的影响,实验中通过调节激光器工作电压和硅片衰减实现了脉冲能量5-70 J范围的有效拓展;进一步采用纳秒分幅高速相机拍摄了24 J能量下的流场纹影照片。结果表明:在4-9 J低能量和32-70 J较高能量区间,冲量耦合系数均较稳定;9-32 J能量下冲量耦合系数呈线性增长趋势,变化范围(6.5-21.0)×10-5 N·s·J-1;纹影照片显示流场演化经历了激光支持爆轰波、爆燃波和激波3个阶段,耦合系数的变化规律源于不同单脉冲能量对应不同的能量沉积效率。

控制算法的收敛速度一定程度上限制了无波前探测自适应光学技术在实时波前畸变校正中的应用。从理论分析角度提出将模式法和区域法结合起来以提高算法收敛速度,并以61单元变形镜为校正器,建立基于随机并行梯度下降算法自适应光学系统仿真模型。结果表明:达到同样的校正效果时,采用组合优化的算法收敛速度要明显优于基于区域法的收敛速度,从而验证了理论分析的合理性。

激光导星可以部分解决自适应光学系统信标难题。给出典型激光导星自适应光学系统主要误差空间功率谱的简化计算模型。与常用的Monte-Carlo类型的模拟相比,该模型提供了激光导星自适应光学系统性能随主要控制参数变化的一种快速有效的评估手段。

为提高40Cr钢表面耐磨性,采用预置激光熔覆法在40Cr基体表面制备Fe基涂层,利用HT-500摩擦磨损实验机测定干摩擦条件下,基体和熔覆层的摩擦因数随温度变化的规律。利用表面粗糙度轮廓仪测量磨痕的深度和宽度,SEM观察熔覆层以及磨痕的显微组织形貌,使用HV-1000型显微硬度仪检测基体和熔覆层结合部分的硬度。研究结果表明:熔覆层平均显微硬度值达到373.8HV(0.2);显著高于基体硬度198.4HV(0.2)。在干摩擦条件下,随着温度升高,磨损过程逐渐变平缓,平均摩擦因数降低,磨损率增加,耐磨性下降;在350-400 ℃之间,熔覆层磨损性能优于基体。

以实现高功率、高光束质量的脉冲激光输出为目的,对非对称平-凹谐振腔的结构进行了理论分析。设计出了高功率、高光束质量非对称放置的平-凹谐振腔、双氙灯泵浦的脉冲Nd:YAG激光器。当占空比为9%时,实现输出激光平均功率近480 W,光束参数积优于12.7 mm·mrad,电光转化效率近4%,与理论分析吻合,可用芯径300 μm的光纤传输,不稳定性优于±1%。加工实验证明有较好的质量:切割材料为不锈钢,厚度为3 mm时、切割速度为0.6 m/min和厚度为1.5 mm、切割速度为1.2 m/min时,两种情况下所得切缝宽度均为250 μm,且切割上下沿光滑。

用合肥35 m铁塔测量系统,测量了2008年1月28 日至2月1日雪面上折射率结构常数,并用bulk方法和涡旋相关法估算了折射率结构常数,给出了大气层结稳定条件下的相似函数。结果表明:实验期间,大部分时间雪面上大气处于近中性和稳定状态;采用该相似函数,bulk方法和涡旋相关法估算的折射率结构常数与实测结果一致性很好;雪面上折射率结构常数也存在一定的日变化,但与草坪、海洋、沙漠等下垫面相比小1-2个量级,变化范围为1.9×10-16-1×10-14 m-2/3。

理论分析了氘氚层外表面的温差与其粗糙度间的关系;以法国兆焦激光装置LMJ为原型,利用计算流体力学程序Fluent,分别模拟了靶丸轴向偏离黑腔中心不同尺度和烧蚀层存在不同大小的非均匀厚度对氘氚层温度分布的影响,求得了这两种误差引起氘氚层厚度的非均匀度。结果表明:为了满足点火靶的要求,靶丸轴向偏离腔体中心的尺度须在8.5 μm内,烧蚀层轴向粗糙度则应控制在0.72 μm内。

利用自行设计的三喷嘴乳粒发生器,实现了多元丙烯酸酯空心泡沫微球的可控连续制备。通过配制内层为水,中间层为多元丙烯酸酯单体溶液,外层为聚乙烯醇溶液的水/油/水乳液,在紫外光照射时,室温条件下成功快速地制备出粒径1.5-4.0 mm的多元丙烯酸酯泡沫微球。利用扫描电镜、X光机等测试手段对微球的形貌、表面特性进行了研究,结果显示:泡沫微球的高聚物骨架的折射率约为1.50,由大量分散的蜂窝微孔组成,蜂窝的直径不超过1 μm;多元丙烯酸酯泡沫微球的成活率高达93%,单分散性较好。

建立了不等径双圆筒电极结构的旋转轴对称静电场电子光学聚焦系统模型,利用ANSYS软件,数值模拟了电子束在其内部场中的运动情况,给出了理论计算的像面和最佳成像位置。研究了电极形状、尺寸和负载电压等因素对系统成像特性的影响。得出了各电极负载对聚焦点位置影响的量化关系。研究表明:聚焦极对系统成像的影响比加速极和阳极大;聚焦极负载电压对成像特性的影响比电极尺寸和形状大得多。

辐射温度是间接驱动惯性约束聚变实验中可以定量测量的重要物理量。引进了一种通过直接计算辐射通量来得到辐射温度的方法,该方法的主要优点是计算简单,避免了某些时刻不能计算辐射温度的情况。由该方法得到的辐射温度与传统方法计算结果符合较好,不确定度均为7％。通过与冲击波测量温度峰值的结果对比确认了数据处理方法的正确性。在此基础上建立了国内某大型激光装置上的新型15道软X光能谱仪的数据处理系统。

等离子体温度是激光诱导击穿光谱测量中一个重要的因素。采用Nd:YAG脉冲激光器作为光源击穿样品形成等离子体,其发射光谱由中阶梯光栅光谱仪和ICCD进行分光和光电转换。通过实验得出了300-450 nm波段的光谱图,定性分析出了Ca Ⅱ 315.9,317.9,393.4,396.9 nm和Ca Ⅰ 422.7 nm等发射谱线。根据激光诱导击穿光谱定量公式,等离子体温度的变化对谱线强度有影响。先假设实验中等离子体处于局部热平衡状态,选用Ca的4条一价离子谱线,根据Boltzmann斜线法计算出了等离子体温度,并得到了等离子体温度与Ca质量分数的关系。随着Ca质量分数的增加,等离子体温度也相应增加。但当Ca质量分数小于0.50%时等离子体温度增加的幅度较小,而质量分数大于0.50%时等离子体温度的上升幅度相对较大。最后经过验证,实验中等离子体处于局部热平衡状态的假设成立。

使用基于非线性最小二乘法的方法处理扫速标定数据,获得了条纹相机的全屏扫速数据,消除了扫速非线性和空间畸变对测量结果的影响。该方法的不确定度约为0.04%,远小于条纹相机的系统误差。利用该方法得到了各个像素对应的扫速,其不确定度约为1.5%,显著减小了条纹相机测量结果的误差。

在神光Ⅱ装置上2.4 ns长脉冲三倍频激光(激光能量8×300 J)与腔靶耦合实验研究中,X光分幅相机通过激光注入孔观测获得了3种腔尺寸腔内Au等离子体径向运动时空分辨图像。用MATLAB对图像进行了定量处理,结合时间分辨辐射温度测量结果分析表明:在腔内不充气、无低Z衬垫情况下,标准腔(800 μm×1 350 μm)在激光脉冲作用到约1.5 ns时出现明显的Au等离子体堵腔效应;当腔尺寸放大到1.25倍(1 000 μm×1 800 μm)和1.5倍(1 200 μm×2 100 μm)时,腔内等离子体基本不堵腔。给出了3种腔尺寸不同时期腔内Au等离子体径向聚心速度,分析表明:大腔的聚心速度比小腔的慢,后期比初期慢。

分析了分幅相机增益衰减的理论模型,利用Mathematica软件模拟了增益随电脉冲传输时间指数衰减的曲线图。根据增益衰减理论,设计了测量增益衰减系数的实验。实验结果表明:分幅相机的平均增益按0.024 9 mm－1指数衰减,电脉冲沿微带线传输的电压幅值衰减系数平均为0.003 56 mm－1。得出实验数据中单条微带上增益并不完全符合增益指数衰减规律,而是在最后一帧图的增益有所回升,分析得出这是由电脉冲在微带末端连接处的反射引起的。经多次测量,电脉冲在微带线末端的平均值反射比为24.2％。对增益衰减状况的改善提出建议:采用良导体制作传输线,选取介质损耗小和绝缘性能好的材料作为填充介质,合理设计MCP微带线的厚度、微带宽度及微带与输出面的间距则可减小分幅相机增益的衰减。

采用傅里叶变换方法,列出了对成像型任意反射面速度干涉仪得到的干涉条纹图进行处理的过程。利用文献结果,处理了冲击波整形时产生的有间断干涉条纹图,对处理结果进行了分析。结果表明:条纹图要干净,条纹间距清晰、均匀,应使用1维傅里叶变换的方法处理条纹图,减小滤波的难度。研究了冲击波测试当中条纹丢失的问题,提出了间断条纹图间断起始点相位确定的方法。对透明和不透明靶产生条纹图的不同进行了讨论,得出对透明靶产生的条纹图应采用适当的条纹外延技术进行预处理后再进行常规处理。

推导了负折射率媒质中的FDTD分段线性递归卷积(PLRC)计算式,并将PLRC-FDTD方法用于仿真电磁波与负折射率媒质的相互作用,计算了金属平板覆盖负折射率媒质层对垂直入射电磁波的反射系数。数值结果表明:负折射率媒质包层可以极大地减少目标的电磁回波能量,碰撞频率越大,振荡频率越小,其吸波性能越好;负折射率媒质碰撞频率、振荡频率及其分布形式是影响反射系数的重要因素。

应用麦克斯韦方程和电子流体方程,利用时域有限差分方法(FDTD)计算模拟了高功率微波(HPM)对大气的电离与击穿;该方法用瞬时电场代替等效电场,时刻更新大气电离击穿过程中的电离频率和碰撞频率,消除了近似解析法未考虑大气电离击穿过程中电场幅度衰减而引起的误差,计算得到击穿阈值大小随海拔高度的变化趋势与文献所得的变化趋势相吻合,其值略大于近似解析解;并通过仿真计算分析了HPM脉冲幅值、脉宽以及海拔高度等参数对大气击穿的影响。

根据边界元法建立物理与数学模型,编制了计算磁控注入枪的程序。使用该程序设计和模拟一个工作在35 GHz,70 kV,10 A基波回旋行波管放大器的双阳极磁控注入枪,获得较好的模拟结果。并对电子注在不同工作电压和磁场下的质量进行了分析计算。计算表明,边界元法在分析回旋器件电子光学方面是一种非常有效的方法。

椭圆螺旋天线的结构比传统的圆柱螺旋天线更加适合于卫星通信的终端,然而由于其圆极化特性变差而限制了其广泛应用。把改善轴向模螺旋天线辐射特性的两种方法结合起来应用于椭圆螺旋天线,提出了带有附加螺旋线的变升角轴向模椭圆螺旋天线。以一个5圈、短轴长轴之比为0.65的椭圆螺旋天线为例,用FEKO软件对其辐射特性进行了仿真。结果表明,这种方法提高了椭圆螺旋天线的方向性系数,同时具有较好的圆极化特性。在2.2-4.2 GHz频率范围内,最高增益为12.86 dB,比单绕均匀升角的椭圆螺旋天线提高了1.2 dB。

基于高频信号相位测量原理,提出了S波段相对论速调管放大器相位测量的方法。对S波段800 kW速调管放大器进行了验证实验,并测试了S波段相对论速调管放大器的相位。实验结果表明:速调管输入和输出微波相位差随束压升高而减小,随束流升高而增大,微波相位差不随注入微波功率大小和磁场变化而变化。

分析了平面电压波与一对2维电感加载传输线和电容加载传输线介质板的相互作用,在共轭匹配的条件下,推导出了传输线介质板内外的电压分布,并着重讨论了倏逝波和传播波波数的取值方法。仿真结果显示,这对介质板前面的电压幅度和相位与后面的电压幅度和相位是相同的,这说明了电压波的每一个空间傅里叶成分,包括电压传播波和电压倏逝波,能够完全通过这对共轭匹配板,表明在板中存在很强的隧道效应。

在“强光一号”加速器上,对两种CMOS反相器和一种CMOS存储器进行了长脉冲状态和短脉冲状态下的辐照实验,测量了CMOS电路的瞬时辐照效应规律,得到了CMOS电路辐射损伤阈值与脉冲宽度的关系,分析了CMOS电路在不同脉冲宽度下的效应差异。实验结果表明:CMOS电路的辐射损伤阈值随脉冲宽度的增加而降低,在20 ns的脉冲宽度辐照下,CMOS反相器4007和4069的闩锁阈值大约为150 ns脉冲辐照下的2倍,CMOS存储器6264的翻转阈值在20 ns脉冲宽度辐照下为150 ns脉冲宽度辐照下的3倍。

为了抑制BEPCⅡ多束团(93团)、大流强(910 mA)时的纵向振荡(零模),引入了BEPCⅡ零模束流反馈系统。该系统首次应用于BEPCⅡ储存环上,它包括了束流信号采集、滤波、下变频、鉴相、移相等几个部分。使用该系统后,束流的纵向边带被抑制度大于10 dB,这表明,系统能够抑制束流的纵向振荡。

在调研静态随机访问存储器型现场可编程门阵列(FPGA)器件空间辐照效应失效机理的基础上,详细论述FPGA辐照效应测试系统内部存储器测试、功能测试及功耗测试的实现原理,给出了系统的软硬件实现方法。所建立的系统可以测试FPGA器件的配置存储器翻转截面、块存储器翻转截面、功能失效截面、闭锁截面等多个参数,其长线传输距离达到50 m以上,最大可测门数达到了100万门,为FPGA辐照效应研究提供了测试平台。

高速行波选通的X射线皮秒分幅相机的时间分辨率受皮秒选通脉冲的宽度和幅值的非线性关系直接影响。针对微通道板(MCP)行波选通皮秒分幅相机中的“增益压窄效应”,在高斯型皮秒选通电脉冲作用下,通过计算MCP分幅管的时间分辨率和对增益压窄效应的分析,得到MCP皮秒选通分幅管的增益压窄指数约为10.0,分幅管的时间分辨率约为选通脉冲脉宽的1/3.16。并在脉冲参数(250 ps,－1 100 V)和(220 ps,－900 V)下进行了分幅相机时间分辨率理论计算和实验测试,分别得到了理论时间分辨率为78.8 ps和67.6 ps,相机实验时间分辨率为76.4 ps 和66.5 ps的结果。

在千焦拍瓦高功率放大系统设计中,激光脉冲的时空和光谱整形技术一直受到人们的广泛关注。利用反应离子束刻蚀等微纳超精细加工而成的多层电介质结构反射镜可在高功率条件下实现啁啾脉冲的光谱整形。在光谱整形介质结构反射镜的设计与制造中,需要根据要求的反射率来合理提出反应离子束刻蚀误差容限指标。推导出反应离子束刻蚀误差容限的解析表达式。针对神光Ⅱ千焦拍瓦高功率放大系统设计中提出的多层介质光谱调制反射镜,分析了调制结构反射镜各层加工的容许误差,确定了反应离子束刻蚀误差容限指标。研究表明:刻蚀高折射率介质的加工误差容限为35 nm;刻蚀低折射率介质的加工误差容限为62 nm。此外,还从使用需要和加工难易的角度,对刻蚀方案进行了讨论。就加工难易程度而言,优选反应离子束刻蚀方案,且采用刻蚀并残留低折射率介质的方案更容易实现。

利用光学传输矩阵理论对掺杂1维光子晶体的缺陷模进行了研究。计算和分析了缺陷层折射率、缺陷层厚度与缺陷峰的关系。得出结论:随着缺陷层厚度的增大,缺陷峰波长呈线性增加,但是当缺陷层厚度增加到一定值时,缺陷峰的个数也将不断增加;缺陷层折射率也与缺陷峰波长有线性正比关系。从而提出了一种在微波领域测量介质折射率和介电常数的有效方法。

采用溶胶-凝胶-水热过程制备了氧化硅稳定的氧化锡量子点,然后将其分散到氧化硅溶液中,用旋转涂膜的方法制备光学性能良好的氧化硅稳定的氧化锡量子点薄膜。X射线衍射和高分辨透射电镜表征显示氧化锡量子点具有良好的四方金红石晶型,平均粒径约4.0 nm。室温光致发光显示这种氧化硅稳定的氧化锡量子点薄膜在356 nm和388 nm处分别有很强的激子发光和缺陷态发光。根据透射谱拟合得到了氧化锡量子点薄膜的光学禁带宽度,其值约为3.96 eV。

在玻璃基体上,采用射频磁控溅射方法在不同的基体温度下制备了TiO2薄膜,然后在薄膜中注入注量分别为5×1016,1×1017和5×1017/cm2的N离子以制备N掺杂的TiO2薄膜。X射线衍射结果表明:制备出的TiO2薄膜为锐钛矿型。X射线光电子能谱研究结果表明:注入的N离子与TiO2晶粒相互作用,形成了含氮的TiOxN2-x化合物,从而改变了TiO2薄膜的吸收边;随N离子注量增加,吸收边移动更明显;同时,由于氮离子注入产生的辐照缺陷使TiO2薄膜在紫外和可见光区的吸收也明显增强。

结合特殊的镀金聚酯薄膜表面的粗糙度和半球反射率,依据基尔霍夫近似及粗糙面脉冲散射互相关函数,数值计算了脉冲激光(1.06 μm)在不同入射角照射下该材料薄膜双频互相关散射截面随相干带宽频差和散射角的变化情况。并给出δ脉冲和高斯脉冲波入射下,其散射功率随时间和散射角的波形分布。计算结果表明:该薄膜材料激光双频互相关散射截面在镜反射方向有最大的散射峰值,在非镜反射方向上,其散射值随相干带宽频差的增大迅速减小,当窄脉冲垂直入射时,粗糙面散射功率展宽现象明显。

设计了横向结构的半绝缘GaAs光导开关,开关由600 μm厚的半绝缘GaAs晶片制成,电极间隙为20 mm。在不同的直流偏置电压下,使用波长为1 064 nm、能量为9.9 mJ的激光脉冲触发使开关导通,开关置于0.2 MPa的SF6气体环境中。在施加直流50 kV电压的情况下,使用Rogowski线圈测得开关的最大导通电流为1.1 kA。对实验结果进行分析表明:随着初始偏置电压的升高,回路流过的电荷与电容初始储存的电荷的比值不断提高,但都没有达到100%,即非线性模式下光导开关的关断原因并不是由于外电路的能量已经耗尽。对非本征光电导的情况,计算出开关的通态电阻为2.71 Ω。

对变压器油中闪络过程的光信号特性进行了分析。在预闪络阶段,光信号呈现出脉宽为2-4 ns,幅值为30-50 mV的不规则脉冲;临近闪络阶段,光信号频率更高,脉宽为1/2-1/3 ns,最高幅值也增长到约70 mV;在闪络阶段,光信号波形呈现出1个波峰或者2个波峰的形状,幅值差异显著。光信号的形状预示了闪络中流注通道的发展过程及流注通道中粒子的变化。分析表明:光电离是纳秒脉冲下变压器油中闪络的重要因素。

通过分析空间电子与极间电磁场之间的能量交换关系,以及磁绝缘传输线(MITL)横截面上的电磁场总能量变化,给出了量化无损磁绝缘形成过程始末时刻线电压和线电流关系的电磁模型。将模型应用于Z加速器的MITL-A发现:磁绝缘形成过程将导致线电流增加和线电压降低;如果初始时刻的线电流无限大,则终止时刻的线电压和线电流与初始时刻相同;当终止时刻的空间电子电流在线电流中的比例小于10%,则MITL-A终止时刻的线电压和线电流较初始时刻的变化在5%以内。这些现象与定性分析结果一致。

设计了一种全固态、低阻抗、卷绕型零厚度带状脉冲形成线。通过保角变换将其特性阻抗的计算转化为对非对称型平板带状线特性阻抗的计算,并得出了卷绕型带状线特性阻抗的计算方法。数值模拟结果表明:带状线不对称将使带状线的特性阻抗减小,但当内导体宽与上下外导体间距之比很大时,可忽略不对称带来的影响。给出了不对称度(内导体分别到上下外导体的距离之比)对特性阻抗的影响关系,且不对称度小于3.1时,特性阻抗的变化小于5％,在实际工程设计中可忽略不对称带来的影响。