设计了一种带有反射腔的能在X波段实现稳定双频输出的圆柱结构相对论返波管, 采用2.5维相对论全电磁PIC粒子模拟软件行粒子模拟研究。仿真结果表明:在输入电压433 kV、引导磁场2.2 T的条件下, 实现了9.53, 10.09 GHz的双频稳定输出, 平均输出功率340 MW, 平均功率效率24.1%。

介绍了Guanella型传输线变压器的工作原理, 利用电报方程分析了其阻抗变换特性和平衡到不平衡转换特性。为在巴伦低阻端获得最佳的输入阻抗, 根据测量得到的实频负载阻抗来确定传输线的特性阻抗, 设计了在1～30 MHz频带内可用于450 Ω到50 Ω, 600.0 Ω到66.7 Ω变换的9∶1传输线变压器巴伦。受绕组间距的限制, 600.0到66.7 Ω巴伦实际的传输线特性阻抗难以达到仿真所要求的值, 但巴伦输入阻抗的仿真结果与实测结果仍有较好的一致性。实际测量的结果表明, 这两款变压器的工作带宽(驻波比小于1.6)大于30∶1, 在1～30 MHz的频带内插入损耗小于0.3 dB。

基于电磁场的多尺度变换理论, 将一个各向异性介质椭球重构为一个各向同性介质椭球, 进一步得到了新椭球的形体参数。利用各向同性椭球电磁场与各向异性椭球电磁场的多尺度关系, 得出了各向异性介质椭球内电场的解析表达式, 对所得结果进行了验证。计算了椭球内电场方向与外电场方向的夹角, 仿真结果表明：外电场的方向对椭球内电场的影响不大, 介电常数张量对椭球内电场的方向和大小有较大的影响。

研究了一种用于GW级高功率微波耦合输出的新型线极化高功率微波双工器, 该双工器由周期性的金属圆柱组成。对该双工器的Floquet空间谐波影响因素进行了讨论, 得到了双工器空间谐波选择的重要规律, 并以此设计了一个S/X波段线极化高功率微波双工器。对其进行的低功率冷测实验发现, 该双工器对S/X波段的反射效率和透射效率分别高于97%。在进一步的高功率实验研究中, 利用S和X波段1.8 GW, 80 ns的高功率微波照射没有发现微波击穿。

提出了两种改进的3维粒子模拟并行算法, 改进的并行算法能在每个时间步减少一次进程同步。算法分析和数值模拟表明, 由于粒子运动路径和发射的初始位置与随机函数有关, 只有一种改进的并行算法能保证并行计算正确。在3维粒子模拟软件CHIPIC3D上实现了改进的并行算法, 应用CHIPIC3D对一种相对论返波管进行了并行模拟, 模拟结果表明改进的并行算法能取得更高的加速比和效率。

设计了一种紧凑型P波段相对论返波振荡器, 其电动力学结构是由同轴慢波结构和同轴引出结构组成的。同轴慢波结构缩小了器件的径向尺寸；同轴引出结构缩短了器件的轴向长度, 且提高了束波作用效率。通过粒子模拟研究了器件内束波作用的物理过程, 模拟结果表明：器件具有结构紧凑、束波作用效率高的特点。在二极管电压700 kV, 电流7 kA, 导引磁场1.5 T时, 器件在频率833 MHz处获得较高的微波输出, 饱和后输出微波的平均功率达1.58 GW, 效率约为32%, 器件电磁结构尺寸仅为108 mm×856 mm。

提出由双电子注同轴相对论返波管产生双频的设想, 采用2.5维相对论全电磁PIC粒子模拟软件, 进行了粒子模拟研究。结果表明, 在环形相对论电子注电压625 kV, 电流24 kA, 引导磁场0.772 T的条件下, 器件得到了稳定的高功率双频微波输出。其双频微波频率分别为11.5, 12.2 GHz, 两频率相差0.7 GHz, 平均功率约为1.15 GW, 平均功率效率7.7%。另外, 还通过改变周期数, 进一步获得了三频的微波输出, 并对结果进行了讨论。

利用能量约450 keV、焦斑直径1~4 mm的低能X光对神龙一号直线感应加速器束靶作用后钽靶的破坏进行诊断, 利用增强型电荷耦合器件(ICCD)对诊断过程记录, 得到束靶作用后数μs时间内钽靶材料密度的变化。结果表明：在束靶作用后约1 μs内靶材料密度基本没有变化, 且该时间段内ICCD相机没有观察到有靶前钽靶材料的微粒喷射。

为了满足物理设计要求, 楔口机构被应用于真空波荡器机械系统设计中。利用有限元分析软件ANSYS Workbench对上海光源真空波荡器的关键部件——楔口机构进行了线性静态分析, 得到了该关键部件的变形和应力分布情况及它们对外大梁变形和滚动角的影响, 采用补偿弹簧系统并进行参数优化减小了影响, 使之满足工作中的高精度需要。分析结果在真空波荡器调试过程中得到了验证, 与实际情况基本吻合。

针对美国布鲁克海文国家实验室(BNL)型的光阴极微波电子枪, 模拟了不同分布状态的驱动激光脉冲斜入射光阴极对束流质量的影响, 给出了改变注入相位和补偿线圈磁场强度对发射度的优化结果。结果表明：光斑椭圆化将会导致发射度的大幅增长, 优化效果不理想；波前不同步导致的发射度增长对于纵向高斯分布的脉冲可以得到理想的优化。对于斜入射引起的光斑椭圆化和波前不同步问题给出了光学校正方法及部分测量结果。此外, 模拟结果显示,对于横向均匀分布的激光脉冲, 适当椭圆度的光斑比圆形光斑更有利于提高电子束质量。

有效利用电子束在波荡器中运动时产生的谐波辐射, 是获得更短波长辐射最直接的方法之一。提高波荡器磁场的谐波分量可以提高电子束的谐波辐射光场强度。分析了一种改进Halbach型波荡器结构, 计算了其磁场的构成, 分析表明这种结构可以使磁场的三次谐波分量提高至基波分量的25%左右。以合肥光源的电子束参数为例, 计算了波荡器磁场谐波分量增强后对电子束自发辐射谱的影响。计算结果表明, 波荡器磁场谐波分量增强至25%时,可以使电子束自发辐射的三次谐波辐射增强至基波辐射光子通量的67%左右。

使用逐圈测量系统作为观测手段, 通过对逐圈测量系统采集所得数据进行分析, 判断了数字反馈系统调试过程中的反馈效果。在改变六极铁电流以逐步改变储存环的色品值的过程中, 通过逐圈测量系统观察了束流不稳定性, 计算得到振荡增长时间和阻尼时间分别为0.258 ms和1.172 ms。并测量和计算了工作点、相空间等束流特性参数, 分析了束流靠近和穿越5/9共振线的完整过程。

为实现重离子肿瘤治疗临床实验中对照射束流状态的实时监测, 研制了束流强度及剂量监测系统, 包括积分电离室、后续电流频率转换电路及LabVIEW数据获取处理三部分。利用闪烁体探测器和标准剂量计测试了系统的线性响应和得到剂量的准确性, 结果表明：系统在束流临床照射流强范围内的线性响应好于90%, 其实时反馈的临床照射剂量偏差小于5%。同时束流强度及剂量监测系统与安全控制系统相结合, 保证束流照射状态满足临床照射的安全要求。

为实现发射机大功率的准确测量和有效保护, 详细阐述了定向耦合器的原理、参数标定和功率测量方法, 并以该方法测试已有的发射机输出功率。从测试结果分析得出,该方法具有安装简易、精度高、可动态标定的优点。通过在高频功率源与谐振加速腔之间安装定向同轴耦合器, 经测量标定后, 可实现在线测量出功率源的输出功率、驻波比,将测量结果反馈给控保和监测系统后, 可完成在线大功率测量和设备的可靠控制与保护。

研究了高流强电子束(1～10 μA)在单根锥形SiO2毛细管中的导向效应, 测量了出射电子的角分布, 分析了入射能量对电子传输效率的影响。实验发现：出射电子呈高斯分布且时间稳定性好, 随着入射能量增加, 电子在毛细管中的传输效率降低, 传输效率与入射能量呈负指数关系。实验结果与导向效应模型符合得很好。

为研究存在由近偶极-偶极相互作用诱导的局域场效应时超短强激光脉冲与稠密共振介质相互作用的特性,采用光与物质相互作用的半经典理论, 建立了稠密二能级体系中考虑原子间近偶极-偶极相互作用的修正光学Bloch方程, 并用四阶Runge-Kutta法数值求解了该方程。研究结果表明:局域场效应对稠密二能级体系中Bloch矢量的瞬态相干过程和稳态性质都具有强烈的调制作用。并由此提出了调控稳态粒子数布居的两种方案。

为了探索钽的电解动力学行为, 在硫酸甲醇电解液中对钽进行了电解抛光的实验研究, 测定了电解液配比、电压、搅拌速率对钽薄膜减薄速率的影响；通过测定温度对反应速率的影响, 计算了阿仑尼乌斯(S.A.Arrhenius)活化能。研究结果表明：温度在0 ℃, 硫酸甲醇体积比为1∶7时, 钽的电解行为符合典型金属极化行为规律；在电压10~20 V的范围内, 搅拌速率大于8 m/s时, 减薄速率稳定为11.45 μm/min；当搅拌速率小于8 m/s时, 扩散传质控制电解过程, 当大于8 m/s后, 电解过程为非扩散控制。温度对反应速率的影响表明,钽在硫酸甲醇电解液中的电解行为符合S.A.Arrhenius公式, 活化能为15.77 kJ·mol-1。

基于空气放电非平衡等离子体动力学, 对空气放电进行了数值计算, 分析了放电后等离子体中的主要粒子(N2(v6),N2(A3),O2(a1),O和O3)数密度随起始温度、电子数密度和约化场强的变化趋势。计算结果表明, 随着初始温度的升高, 空气放电产生的粒子数密度增加。温度为300 K时, 放电产生的O原子数密度最大值约为4.90×107 cm-3, 而当温度升高到400 K和500 K时, O原子数密度的最大值则相应地增加到5.2×1010 cm-3和5.51×1010 cm-3。约化场强的影响与温度类似, 其中氮气的振动激发态N2(v6)数密度随约化场强的变化幅度不明显。电子数密度增加, 粒子数密度大幅增加, 氮分子的激发态N2(A3)粒子数密度与电子数密度保持严格的线性关系。

超短超强激光与固体靶相互作用, 可以产生大量的Kα特征谱线发射。这种Kα线光源在背光照相、医学成像和超快诊断等方面具有显著优势。为了寻求获得Kα线高产额的方法, 利用ITS蒙卡模拟程序, 对超短超强激光产生的超热电子在固体靶中产生的Kα线发射进行了模拟。系统研究了Kα线发射强度随出射角度、靶厚度和超热电子温度等参数的变化情况。研究发现在恒定的激光功率密度或超热电子温度下, 存在最佳的靶厚度, 使得Kα线光子产额最大, 并用模拟结果对已有实验数据进行了解释。

利用全相对论组态相互作用理论方法, 研究了类铷W37+离子从基组态3s23p63d104s24p64d经过双激发态(3s23p63d104s24p64d)-1nln′l′(n,n′=4,5)的双电子复合过程, 得到了该离子在温度为1~5×104 eV范围内的总双电子复合速率系数。分析比较了不同电子激发的双电子复合速率系数, 结果表明:4p电子激发的双电子复合速率系数在低温时给出了主要贡献, 而3d的贡献在高温时突出。由于强组态相互作用, 两电子一光子跃迁对双电子复合速率系数的贡献不可忽略, 其中辐射跃迁4p54d5d5f-4p64f5d的贡献是双激发态4p54d5d5f总的双电子复合速率系数的5%。对双电子复合、辐射复合以及三体复合速率系数的比较表明,在所研究的温度范围内双电子复合速率系数最大。

为了研究1维光子晶体中光的全反射贯穿效应及其偏振滤波特性, 利用传输矩阵法计算了TE波和TM波在大于全反射角入射1维光子晶体的透射率, 发现在透射波中出现了全反射贯穿效应。研究了TE波和TM波的全反射贯穿效应随介质光学厚度和周期数的变化特征, 表明：全反射贯穿峰的频率随介质光学厚度的增加而减少, 全反射贯穿峰数与周期数相等。且全反射贯穿效应具有优良的偏振滤波特性, 利用这些特性可以设计出结构简单、控制方便的1维光子晶体的偏振滤波器。

针对关键参数测试样本数有限的情况下, 概率理论、区间分析等方法在对输出靶压幅度进行不确定性定量评价时存在局限性和不合理性, 将D-S理论引入到靶压幅度的不确定性量化中, 根据小子样测试信息得出不确定性参数的基本信任分配, 以信任函数和似然函数构造靶压幅度的上下界概率分布, 并以Monte Carlo方法求解。实验和仿真得出了靶压幅度的近似概率分布、置信区间及期望值分布区间等信息, 并表明：与传统的概率方法相比, 该方法避免了根据小样本测试信息构造概率分布的难题；与区间分析方法相比, 该方法可得到更丰富的信息。

采用电子束蒸发方法在大面积玻璃基底和钽基底上沉积六硼化镧薄膜阴极。分别对玻璃基底上沉积的六硼化镧薄膜的生长取向、附着力与不同蒸发角度(0°, 30°,45°和60°)的关系进行了研究；对钽基底上沉积的六硼化镧薄膜阴极的逸出功进行了研究。结果表明:在基底温度为250 ℃时, 制备的六硼化镧薄膜具有(100)晶面择优生长的特点；蒸发角度为45°时, 六硼化镧薄膜(100)晶面的晶格常数与靶材相差最小, 晶粒较小；根据优化的工艺制备的六硼化镧薄膜阴极的逸出功为2.56 eV。

根据原电子的射程与入射能量和能量幂次的关系, 用ESTAR程序分别计算出高能原电子对铝射程的能量幂次约为1.72, 对金射程的能量幂次约为1.62。分别根据高能原电子对铝和金的射程与入射能量的关系, 用实验数据计算出常数其能量幂次, 然后分别推导了高能原电子对铝的射程的表达式和对金的射程的表达式。用推导出的表达式分别计算出一些高能原电子对铝和金的射程计算值, 与现有实验值相符较好。

为获得宽频带的无源积分器, 建立了考虑杂散参数的等效电路并进行了电路仿真。结果表明无源积分器的频响上限由杂散参数决定。对于相同结构的积分器, 增大RC积分常数, 会使杂散参数的影响加剧, 导致积分器的高频响应变差。使用同轴结构可以减小电容的杂散电感, 提高积分器的带宽。对制作的RC常数为10 μs的同轴式积分器进行了频响实验。实验结果表明：在偏差小于5％的范围内, 同轴式积分器带宽为50 kHz～80 MHz。在D-dot电压探头线下标定实验和初级试验平台(PTS)单路样机激光触发开关输出电压测量中, 使用该同轴积分器获取的测量波形没有波形畸变和高频干扰。

以闪光二号加速器为研究平台, 建立了微分环阵列和Rogowski线圈同时监测二极管电流的方法, 监测了二极管绝缘体表面的滑闪现象。根据电流探头测量结果的差异, 分析了绝缘体滑闪对电子束流参数的影响。二极管绝缘体出现滑闪, 位置附近的微分环波形严重畸变, 其它位置的微分环和Rogowski线圈测量结果基本一致。采用距离滑闪位置较远的微分环结果处理二极管束流参数, 相对于不出现滑闪时的结果, 束流强度和总能量没有明显的变化。绝缘体滑闪沿面局部放电, 能量损失较小, 尚未对电子束流造成较大影响。

借鉴直流、交流的研究经验, 比较了纳秒脉冲条件下几种不同的电树枝老化实验方法。对单针-板电极和多针-板电极在纳秒脉冲下实验结果的一致性进行考察, 结果表明,多针-板电极系统可以在提高实验效率的同时保证结果的准确性。采用步进法和累加法进行了不同频率下聚苯乙烯电树枝引发实验,结果表明:两种方法得到的纳秒脉冲下聚苯乙烯电树枝引发电压-频率特性基本一致, 在50~500 Hz范围内, 引发电压随频率的升高而降低；在500~800 Hz范围内, 引发电压随频率的升高而增加。最后讨论了对于不同脉冲功率装置中绝缘材料老化试验设计的方法。

在长脉冲强流无箔二极管实验过程中观察到绝缘子沿面闪络现象。分析实验现象认为是屏蔽环与绝缘子距离过近造成了屏蔽环边缘高场强, 从而产生场致发射电子。电子在强电磁场作用下撞击绝缘子表面引起了二次电子雪崩从而导致真空表面闪络。运用静电场模拟和粒子束模拟, 改进屏蔽环结构。改进后的二极管工作电压500 kV, 电流12 kA, 在1 T引导磁场下稳定运行, 没有再发生真空表面闪络。

研制了一种用于快Marx发生器的三电极场畸变结构的气体轨道开关, 针对3种不同的绝缘介质N2、干燥空气和SF6/Ar混合气体开展了轨道开关的自击穿特性和触发特性研究。结果表明:轨道开关的自击穿电压与气压基本呈现线性关系, 并且在相同实验条件下, 相对于N2和干燥空气, 当绝缘介质为SF6/Ar混合气体时, 轨道开关具有工作电压范围宽、工作系数低、触发击穿延时短、抖动小的优点。采用数码相机拍摄了开关导通过程中形成的放电通道积分图像, 初步研究了绝缘介质、电流大小等因素对开关形成多通道的影响。结果表明:提高触发电压、充电电压和放电电流及采用SF6/Ar混合气体均能够有效增加放电通道数目。

建立了精确的激光触发变压器型脉冲调制器的同步触发系统。分别对脉冲调制器初级电脉冲触发控制信号与电脉冲输出时刻之间、变压器充电起始时刻与激光器Q开关触发信号之间、激光信号与脉冲调制器放电时刻之间的延时进行了测量, 并分析其相互间时序关系；通过对变压器输出电压信号进行采样滤波后, 利用比较器输出逻辑门电路(TTL)信号作为激光器Q开关触发信号, 实现了脉冲形成线充电时间与激光触发主开关放电过程的同步控制。开展了激光触发脉冲功率调制器主开关的实验研究, 在形成线充电电压-590 kV时, 在假负载上得到-305 kV, 20 kA的电脉冲, 脉冲宽度126 ns, 激光到达主开关时刻与开关导通时刻间延时35 ns。

综述了国外在超高速碰撞产生等离子体的电磁特性研究方面的现状,主要包括电子温度、等离子体的粒子密度、等离子体的振荡频率及产生的磁场特征等方面。利用等离子体特征参量诊断的扫描Langmuir探针系统、磁感应强度测量的线圈系统及实验系统,进行了超高速碰撞产生等离子体实验, 分析了实验中产生等离子体的电磁特性。

分析了影响射流式水冷镜形变的各种因素, 利用ANSYS有限元分析软件, 对各项结构参数对镜体形变的影响进行了数值模拟, 探索出射流式水冷镜结构设计的一般规律, 得到了镜体结构的优化设计方案。数值结果表明：在镜体直径80 mm、镜面净吸收功率100 W、光斑直径25 mm、使用硅作为镜体材料的情况下, 射流式水冷镜镜面最大形变可低至0.07 μm, 明显优于其它类型的水冷镜。

以两台808 nm半导体激光器LD1和LD2为泵浦源, 对光纤激光器双端泵浦进行了研究, 获得了6.5 W的激光输出。实验分别测出了LD1和LD2半导体激光器单端泵浦和双端泵浦时的输出功率, 对双端泵浦输出功率与单端泵浦功率之和进行了比较, 利用双端泵浦提高了泵浦效率和输出激光功率。同时测量了输出激光的偏振度, 通过计算得到双端泵浦输出激光的偏振度为0.5。

数值模拟研究了气流和激光辐照双重作用下的金属平板温度场。流体控制方程为3维雷诺平均N-S方程, 固体控制方程为能量方程, 湍流粘性系数求解使用k-ε两方程模型。采用流固耦合计算方法, 使用动网格模型模拟气流的“冲刷效应”, 较完整地模拟了激光辐照金属材料的物理变化过程, 计算得到金属平板的温度分布及流场分布。结果表明:在较低气流速度及激光功率下, 气流的冷却效应占主导地位；当气流速度和激光功率上升到一定程度后, 气流的“冲刷效应”和冷却效应共同决定金属平板的温度分布。

针对测量冲量耦合系数的水平导轨法和冲击摆法, 分别进行了误差计算和实验研究。计算结果表明:水平导轨测量法的相对误差(4.6%)略小于冲击摆测量法的相对误差(6.1%), 其中位移参数和最大摆角的测量精度对于相对误差的影响最大。实验结果表明:两种方法的测量结果基本一致, 冲量耦合系数均随着入射脉冲能量的增大而增大, 且两组数据相差在6%以内, 在入射脉冲能量为3~14 J时, 冲量耦合系数最高可达260 N·MW-1。

多路光的相干合成是高功率固体激光装置的关键技术之一。基于合成模型, 对4组tilt/tip-piston镜采用并行梯度算法, 通过模拟计算实现了光束间的位相锁定和相干合成。结果表明有限次算法迭代次数内, 相干合成时远场焦斑10 μm半径范围内的强度比约为非相干合成时的4倍。基于高频响应驱动器和对应的高速控制算法将有可能实现高功率固体激光装置多路输出光束间的相干合成。

为提高光纤激光器无源自调整相干合成阵列的效率、稳定性和可扩展性, 提出了基于公共光纤环形腔耦合与单模光纤滤波的光纤激光器相干合成方案。将多个2×2的光纤耦合器分别插入各单元激光器的谐振腔, 利用耦合器余下的端口, 两两相连构成公共环形耦合腔。采用单模光纤滤波技术, 提高了各输出激光束之间相位锁定的稳定性。利用该方案在实验上实现了三路光纤激光器的被动锁相输出, 实验测得的远场干涉光斑、输出功率及光谱均表明该方案适于构建性能较好的光纤激光器相干合成阵列。

建立了放大自发辐射(ASE)和相干激光能流耦合的模型, 使用迭代算法, 计算了长方体形状放大级中的ASE能流和相干激光能流的分布以及放大级出口0.5 m处的ASE分布,并讨论了入射光强、饱和光强对输出功率及能量提取效率的影响。对于增益区呈长方体、增益系数沿流场方向呈抛物线分布的放大级的计算结果表明：输入光的存在不仅会降低放大级中ASE光强的大小, 而且将改变ASE的分布, 使放大级中ASE能流的极大值向入口处移动；在饱和光强一定的情况下, 输出功率和能量提取效率将随着入射功率的增大而增大；在入射光强一定的情况下, 输出功率将随着饱和光强的增大而增大, 而能量提取效率将随着饱和光强的增大而减小。

为了研究光束在梯度折射率介质中的传输规律, 利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法, 推导出余弦高斯光束在梯度折射率介质中传输的解析表达式, 对余弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性进行了分析, 并进一步讨论了介质梯度折射率系数和调制参数对传输特性的影响。结果表明, 余弦高斯光束在梯度折射率介质中传输时,轴上光强分布呈现周期性变化,横向光强分布受梯度折射率系数和调制参数影响较大。余弦高斯光束传输时具有不稳定性, 通过适当调节参数,可在空间某位置实现余弦高斯光束的整形。

为了评估大气湍流、通信平台振动和校装误差等因素引起的光斑偏移现象对空间激光通信系统通信性能的影响, 理论计算和实验测量了空间激光通信系统中APD光电转换后的电信号幅值随会聚信号光斑和光电探测器光敏面之间的横向位移、以及探测平面和透镜焦平面之间的离焦量的变化关系, 同时给出了系统误码率、信噪比、抖动与相偏移量之间的实测曲线。结果表明, 空间激光通信系统性能随横向位移以及离焦量的增加而急剧恶化, 且横向位移的影响远大于前后离焦的影响。在实验参数条件下, 当系统误码率从10－10变化到10－5时, 允许系统横向位移和离焦量分别为0.03和1 mm。

通过对不同情况下参数测量误差导致的到靶激光平均功率密度变化的统计, 得到了大气参数精度对激光传输计算结果的影响。风速和气溶胶吸收系数测量误差主要来自热晕效应的影响, 热晕越强, 对计算结果的影响就越大。强热晕时, 风速±(5%～8%)的误差可导致计算结果约±10%的误差；气溶胶吸收权重±(10%～20%)的误差可导致计算结果约 10%的误差。强湍流弱热晕时, 大气相干长度±(5%～7%)的误差可导致计算结果约±10%的误差。

为了提高远距离红外弱小目标的检测效率, 提出了一种基于自适应侧抑制网络的复杂背景下的红外弱小目标检测方法。该方法建立了改进的侧抑制网络数学模型, 利用各向异性滤波来自适应地确定侧抑制网络的抑制系数, 不需要人为干预, 实现了侧抑制网络与各向异性高斯滤波的有机结合。同时, 在各向异性高斯滤波器两轴确定方面进行了改进, 两轴分别采用对比度尺度模型和强度尺度传播模型来独立确定。通过与传统弱小目标检测方法的对比实验, 验证了方法的有效性。

为提高固体激光器的能量利用率, 增大输出能量, 将双掺Nd:Ce:YAG晶体的输出特性与普通Nd:YAG晶体进行了对比研究。分析了Nd3+和Ce3+的吸收光谱对激光晶体初始阈值反转粒子数的影响, 结果显示:双掺Nd:Ce:YAG晶体可以提高晶体对泵浦光能量的利用率及激光器的输出能量, 且可降低阈值泵浦能量。并分别检测了Nd:Ce:YAG激光晶体与Nd:YAG晶体的输出激光能量和阈值泵浦能量, 实验结果表明：在输入电压为750 V时, Nd:Ce:YAG晶体与Nd:YAG晶体的输出能量分别为651.5 mJ 和390.4 mJ, 能量利用率分别为2.31%和1.38%, 激光振荡需要的泵浦能量阈值分别为10.56 mJ和15.21 mJ, 且普通Nd:YAG晶体的斜效率为0.36%, 而双掺Nd:Ce:YAG晶体的为0.49% 。

理论研究了激光光束经过湍流大气后闪烁系数的变化规律,以ARM7的嵌入式系统构建数据采集模块, 在采集激光光强因为大气湍流影响而变化的数据的基础上对存储的数据使用闪烁系数数学模型进行运算, 运算结果通过网络传输, 由PC端的界面显示变化曲线, 从而了构造一个可以感测大气湍流的远程探测系统。用转动的相位板模拟湍流大气, 利用所开发的测试系统测量激光光束通过湍流大气后的闪烁系数。实验结果显示高斯光束在湍流大气中的闪烁系数随传输距离的增加而增大, 与理论模拟结果基本相符。由此可见该系统工作可靠稳定, 可实时测量激光光束经过湍流大气的闪烁系数。

利用复q参数法, 研究了几周期线性啁啾脉冲高斯光束在自由空间中的传播, 在振幅零阶和相位一阶近似的条件下, 得到其载波相位的解析公式, 该公式的显著特点是载波相位与线性啁啾系数无关。研究了载波相位在传播方向的分布, 并与数值计算方法比较, 结果表明, 啁啾系数在－1～1的范围内, 在光轴附近, 其载波相位解析公式结果与数值结果符合很好。

建立了激光二极管阵列快轴垂直于薄片表面、对快轴压缩、环绕侧面泵浦复合薄片激光器的数值模型。依据激光二极管阵列的输出光束特性, 运用有限元法, 得出了薄片内的泵浦光、温度和热应力分布。分析了温度和热应力与泵浦功率、换热系数和时间的变化规律。模拟结果表明：热破坏主要为复合面外侧的拉伸破裂；温度和应力的上升时间和恢复时间随泵浦功率的变化不明显, 随换热系数的增大而减小, 存在一个最佳的换热系数；考虑热力学参数温度相关性的稳态温度和应力要大于不考虑热力学参数温度相关性时的值。

针对反射体布拉格光栅谱组束中缺乏精密控制仪器的实验条件, 采用透镜作为光束入射角和准直控制器件, 设计了一种结构简单的谱组束系统。基于衍射效率方程, 得到了光栅最佳设计参数；基于像差理论, 得到了透镜最佳设计参数。针对该设计系统, 对影响组束效果的因素进行了分析, 并对组束效果进行了预测。结果表明：当激光束的谱宽小于1.5 nm时, 设计系统的组束效率能超过90%;而当光束的谱宽达到2.1 nm时, 设计系统也能获得超过88.7%的组束效率。

利用飞秒激光微加工技术, 可以在光纤纤芯内直写出布拉格光栅, 它与传统的光纤光栅制作方法相比, 具有耗时短、无需光敏光纤、周期可任意设定、光栅稳定性高等优点。采用800 nm钛宝石飞秒激光器, 在Hi1060光纤内写入一支8 mm长的布拉格光栅, 光纤光栅的周期为2.9 μm, 这是中心波长为1 042 nm的八阶光纤布拉格光栅。将所得光栅与一段有源的双包层光纤熔接, 作为激光输出镜, 利用975 nm的LD光纤模块作为泵浦源, 采用端泵浦技术构成双包层光纤激光器。双包层光纤采用Nufern公司镱(Yb3+)离子掺杂双包层光纤, 光纤长度3 m。所得激光器的输出功率为71.1 W, 中心波长1 042 nm, 带宽约为0.8 nm。

仿真和实验研究了一种控制Nd:YAG脉冲激光能量通断的光纤直接连接型光开关。建立光纤耦合模型, 分析了光纤对准误差中对耦合效率的影响, 其中横向偏移的影响最显著。采用微机电系统V型槽固定光纤, 微小型凸轮作为制动器, 步进电机驱动凸轮旋转, 微小型凸轮与移动光纤相切, 带动光纤移动, 实现两光纤的错开和对准。制造了这种高功率直接连接型光纤光开关原理样机, 并进行了主要性能测试。测试结果表明, 这种光开关能够满足激光点火系统的大容量、高隔离度的要求。

为了得到结构紧凑的高功率、高重复频率固体激光器, 设计了“U”型光学谐振腔, 并利用LAS-CAD软件分析了激光晶体的热效应和激光输出特性。根据仿真结果进行了具体实验, 最终得到了腔长400 mm的紧凑型固体激光器。在重复频率为100 kHz, 泵浦功率为60 W时, 输出功率达到21.6 W,光-光转换效率为36%,斜率效率为39.9%。

设计了采用532 nm 种子注入稳频钇铝石榴石(YAG)激光器作为辐射源的基于四通道法布里-珀罗标准具的瑞利和米散射测风激光雷达系统。介绍了激光雷达的多普勒测量基本原理；给出了雷达系统的主要参数, 重点对基于分子后向散射信号的外侧双通道标准具的带宽、自由谱间距、峰值间距等指标进行了详细设计与分析, 确定了内侧双通道标准具参数；对全系统速度灵敏度、信噪比与探测距离的关系进行了理论模拟。结果表明,可以实现从边界层至对流层高低空一体化探测。

基于三种不同评价函数,利用全局优化算法设计了极紫外波段高性能反射式多层膜偏振元件。通过比对不同评价函数的设计结果, 分析了评价函数、工作角度及膜层数对反射式多层膜偏振片性能的影响, 确定了极紫外多层膜反射式偏振片设计的角度选择、膜层数选择及评价函数选择标准。为解决传统的单一性能优化造成的偏振度损失的问题, 构造了偏振比对数结合反射率的评价函数, 该方法设计的偏振元件性能优于传统优化方法设计的结果。

为了提高高功率激光光束质量和改善近场均匀性, 在SILEX-Ⅰ超短脉冲激光装置的泵浦光系统上进行实验, 研究了一种双光子吸收材料的光限幅特性及对激光近场的改善情况。利用泵浦光SAGA激光器输出的激光进行光限幅特性实验。结果表明:该材料具有明显的光功率限幅特性, 且透过率较高, 当入射光强小于0.60 GW/cm2时, 透过率大于90%。在SILEX-Ⅰ装置的泵浦光系统进行联机实验, 研究了该材料对激光近场均匀性的改善。实验结果表明:经过材料后, 激光近场均匀性和调制度有明显改善。using two-photon absorption material1

参照国际上对激光损伤阈值不同测量技术建立起来的相应检测规范和标准, 分别采用1-on-1,S-on-1,R-on-1和光栅扫描共4种测量方式, 在1 064 nm波长下对HfO2/SiO2周期性高反射薄膜进行了激光损伤阈值的测量研究。根据测量结果, 比较并分析了这4种测量方式之间的差异, 重点研究了R-on-1和光栅扫描测量方式中存在的激光预处理效应对薄膜损伤阈值的影响, 以及辐照激光光斑尺寸与损伤阈值之间的联系, 并讨论了光栅扫描方式中预处理效应与扫描间距和扫描能量密度梯度的关系。研究表明：R-on-1方式下测得的损伤阈值最高, 光栅扫描和1-on-1次之, S-on-1最小；1 000个脉冲激光辐照下的累积效应不显著, 并且在激光光斑尺寸的差异较小时, 阈值与光斑尺寸的对应关系并不明显；光斑尺寸相同时, 扫描光斑的间距越小, 激光预处理效果越好。

在北京同步辐射装置上, 利用经过标定的硅光二极管作为标准探测器, 对金、铝两种阴极的X射线二极管灵敏度进行了绝对测量。由于光源中二次谐波的影响, 会造成计算所得的灵敏度降低。为了消除二次谐波的影响, 实验中采用透射光栅对光源的二次谐波份额进行测量, 并以此为依据对计算所得的灵敏度进行修正。通过光阴极次级电子发射模型对二次电子转换效率进行了分析, 并且利用分析结果对缺省能点的阴极灵敏度进行了计算。同时对影响灵敏度计算的各种因素进行分析, 最终得到的X射线二极管光阴极灵敏度的相对不确定度小于3%。

薄膜样品在实验研究领域要求样品的厚度测量精度非常高, 但由于样品质量小, 采用称重的方法, 测量精度较差。在北京同步辐射装置的中能(4B7A)和低能(4B7B)束线上(光源能区为0.1～6.0 keV, 能量分辨大于1 000), 采用材料对单能光子的透过率来确定样品的质量厚度, 通过不同能点的测量值进行不确定度分析, 提高测量精度, 降低不确定度。利用该方法开展了复合样品厚度的测量方法研究, 给出了有CH衬底的薄膜样品的厚度, 通过不确定度分析得出, 薄膜样品厚度的测量不确定度小于1％。

采用电子束蒸发的方法制备了３种具有不同表面层材料及结构的中心波长为1 064 nm的零度高反镜, ３种膜系表面层分别为1/4波长光学厚度的HfO2, 1/2波长光学厚度的SiO2, 以及1/4波长光学厚度的SiO2。光谱测试表明：三者在1 064 nm处均有较高的反射率(高于99.8%), 利用热透镜的方法测量得到３个膜系辐照激光正入射情况下, 薄膜对光的吸收比例分别为3.0×10－6, 5.0×10－6和6.5×10－6, 其损伤阈值分别为32.5, 45.2和28.4 J/cm2。并在膜层内部电场分布和膜层材料物理特性的基础上分析了３种不同表面层膜系吸收和损伤阈值差别的原因。

采用直流磁控溅射法制备自支撑锆(Zr)膜,采用二步法制备聚酰亚胺(PI)膜, 在Zr膜表面沉积PI膜得到自支撑PI/Zr复合膜。均苯四甲酸酐(PMDA)和二甲基二苯醚(ODA)在二甲基乙酰胺(DMAC)中反应得到聚酰胺酸(PAA), 然后PAA高温亚胺化得到PI;PI成膜时采用提拉法成膜。经国家同步辐射实验室计量线站测定, 实际测量结果与理论分析一致, PI膜的引入虽然会导致自支撑薄膜透过率有所下降, 但在类镍-银软X射线13.9 nm波段PI(200 nm)/Zr(300 nm)和PI(200 nm)/Zr(400 nm)自支撑薄膜的透过率仍然分别达到14.9%和7.5%。

等离子体激励器电极组相位不同便产生多相等离子体气动激励, 建立了粒子图像测速仪流场参数测试系统, 利用粒子图像测速仪技术,研究了非对称布局等离子体气动激励诱导空气流动特性, 分析了多相等离子体气动激励对诱导空气流动速度的影响。结果表明：粒子图像测速仪流场测试系统能够准确地反映等离子体气动激励诱导空气流动的流场空间结构, 等离子体气动激励诱导空气流动是平行于激励器的近壁面射流, 多相等离子体气动激励能够增大等离子体气动激励诱导气流速度, 或者使等离子体气动激励影响流场区域增大。粒子图像测速仪系统是深入研究等离子体气动激励的流场结构最佳的方式之一。

以三芳基六氟磷酸硫鎓盐为引发剂, 钛酸四异丙酯(TIP)为无机前驱体, 3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己基甲酸酯为单体, 制备了含TiO2纳米结构的紫外光固化阳离子复合胶粘剂。通过原子力显微镜对复合胶粘剂形貌进行表征, 研究了TIP含量对胶粘剂折射率和光透过率的影响。结果表明：TiO2无机相均匀地分散在胶粘剂的聚合物基体中, 平均粒径约为20 nm；随着体系中TIP质量分数的变化, 复合胶粘剂折射率为1.510 3~1.540 9可调；胶粘剂的光透过率随TIP质量分数增加略有减低, 但当TIP含量高达40%时, 光透过率维持在90%左右。

提出一种基于激光与CCD的复合式测量方法, 结合二者的优势, 通过测量同一标准球球心的位置标定出了二者光轴的位置关系, 有效地把二者测量的数据融合到同一个坐标系中, 从而实现高精度的3维测量。在对所测靶丸表面数据进行去噪处理后, 采用拟牛顿法, 以CCD所测惯性约束聚变(ICF)靶丸直径作为部分待求参数的初始值, 可以有效避免该方法容易陷入局部最优化的缺陷。从而快速、准确地实现靶丸球度误差的测量。分别在两种测量模式下进行了实验, 结果验证了该方法的有效性与鲁棒性。