介绍了一种新型的便携式米散射激光雷达的总体结构及其各部分的功能,分析讨论了该激光雷达在夜晚与白天探测大气气溶胶消光系数垂直廓线的性能.其夜晚的探测高度达到15km左右,白天的探测高度达到10km左右.还可对卷云进行探测,获得卷云的厚度及其峰值消光系数.该激光雷达具有结构紧凑、体积小、重量轻、自动化程度高、探测速度快等优点.

根据以氮气为载气的特殊要求,对kW级氧碘化学激光器(COIL)装置的结构进行了有针对性的设计和实验研究.在氯气流量为140mmol/s的情况下,获得了2.6kW的功率,相应的化学效率为20.4%,喷管出口能流密度达到了74W/cm².这一结果达到了以氦气为载气COIL的水平.

为提高对天体目标的检测概率,对多种可提高探测器检测概率的途径进行了研究.研究结果表明:光谱滤波技术能有效提高信噪比.为得到大的探测对比度和信噪比,需合理选取探测系统视场,应保证目标像所占像素个数不小于2×2;还应令系统在不加衰减器的情况下,电荷耦合器件(CCD)接近饱和并保证CCD不饱和.结合探测系统视场的选取,利用形态学方法对图像进行处理,将大大提高探测信噪比,从而大大提高检测概率.

分析了海面边界层大气湍流温度脉动的统计特征,结果表明:虚温的功率谱是随时间而演变的,表现在其标度指数随时间变化;比较了不同统计时间下计算的大气折射率结构常数,并根据大气状态的实时变化提出了一种计算折射率结构常数的变间隔时间平均算法.

通过对N31型磷酸盐激光钕玻璃的6种钕离子浓度进行实验,采用Judd-Ofelt模型对样品进行分析,发现随着钕离子浓度的增加,受激发射截面逐渐减小.因此在激光系统设计中,应充分考虑钕离子浓度的影响.选择浓度合适的钕玻璃作为工作物质,可使激光系统性能达到最优.

开展了二极管泵浦棒状Nd:YAG激光模块技术研究,在数值模拟激光模块增益分布的基础上对耦合结构进行了优化,初步研制出了高增益振荡级激光模块及高储能放大激光模块.实验结果表明,振荡级激光模块泵浦均匀且增益较高,TEM00模输出情况下单脉冲能量为11.8mJ,光-光效率为15%;放大模块在500Hz重复频率下获得了单脉冲400mJ的储能.

用单脉冲交叉相干反斯托克斯喇曼散射技术测量了两种不同固体燃剂的瞬态燃烧场的温度.对燃烧场进行了优化,给出了在燃烧场中取得的部分典型单脉冲CARS光谱及其理论拟合结果,得到了燃烧场的温度及其随高度的分布;稳定燃烧时两种燃剂燃烧场的温度基本保持不变,平均值分别为2 260,2 090K;测量了实验的纵向空间分辨率.结果表明,BOXCARS技术能较好地完成复杂的瞬态燃烧场温度的测量工作.

研究了由Ta₂O₅和SiO₂组成的多层氧化物激光薄膜的双离子束溅射制备工艺.简要介绍了离子束溅射技术的基本工作原理和应用,着重分析了薄膜厚度均匀性的调控方法.先后得到了Ta₂O₅和SiO₂单层薄膜厚度均匀性调控结果以及不同波长处薄膜折射率,并定性地分析比较了离子束溅射和电子束蒸发制备的薄膜结构;制备并测试了633nm,1 315nm反射薄膜以及增透膜.结果表明:采用离子束溅射技术能够制备出优良的、满足需要的激光高反射薄膜元件.

利用数值模拟方法讨论了发射系统遮拦比对均强聚焦光束湍流大气传输光斑扩展的影响.结果表明,对于均强聚焦光束湍流大气传输,在弱湍流效应条件下,光斑扩展受遮拦比影响较大;在较强湍流效应条件下,不同遮拦比光斑扩展变化趋势相同,此时远场光斑扩展主要还是受湍流效应强弱的影响.获得了常用遮拦比条件下均强聚焦光束光斑扩展和湍流效应特征参数的定标关系.

采用两级布里渊结构压缩8ns的Nd:YAG激光,研究了基频光和倍频光的受激布里渊散射(SBS)压缩过程.实验中采用四氯化碳作为SBS介质,经第一级双池SBS压缩后,获得了1.5ns左右的Stokes脉冲;第二级采用单池SBS压缩,分别使用基频光和倍频光作为泵浦光,获得了最短为60ps的Stokes脉冲.实验证明,在一定条件下,利用SBS压缩脉宽可以获得比介质的声子寿命更短的脉冲.

在Z-pinch实验中,加速器两电极间距会因抽真空而发生改变从而导致平面丝阵负载的丝分布发生变化,为了解决这个问题,采用弹簧预压缩的方法,制备出了平面丝阵负载,经实验室模拟检测和物理实验的实际应用证明,平面丝阵负载不但能适应电极方向呈任何方向放置的靶室,还能自动适应靶室电极间距因抽真空而发生的变化.在实验过程中丝阵可以保持绷紧的状态,满足了物理实验的要求.

介绍了基于啁啾脉冲放大技术的20TW全钛宝石超短脉冲激光装置的研制.该装置的主放大器采用全像传递的空间四程放大构型,可以保持良好的近场分布和提高能量转换效率.主放大器的钛宝石晶体为φ30mm×15mm,6台调Q倍频的YAG激光器泵浦.压缩后脉宽50fs,能量1J,峰值功率可达20TW,聚焦功率大于3×10¹⁸W/cm2.

瑞利-泰勒不稳定性是一种由于密度梯度引起的界面不稳定性,在惯性约束聚变中具有重要的意义.利用被动标量输运模型对包含不同尺度初始扰动的界面演化过程进行数值模拟.计算结果表明界面的初始形状对不稳定性的发展具有很大的影响,狭长型扰动比正方型扰动发展慢.另外,不同尺度扰动的相互作用一般会减小沿界面发展方向运动的动能,使能量更多地用于平行于界面方向的运动.

以俄罗斯S-300 Z-pinch装置的负载电流波形为基准,利用Z箍缩的质点模型对钨丝阵负载的初始半径和线质量进行了系统的优化计算,得到了不同电流幅值的电流波形所对应的优化丝阵负载参数.发现了负载最大内爆动能与负载电流幅值的平方成正比关系.电流上升时间对最优丝阵负载参数的影响的计算表明,随着负载电流上升时间的增大,负载的最优线质量也要增大.

间接驱动内爆靶丸由外层CH涂层,内层玻璃球壳和内部充入的气体组成.当玻璃球外涂CH后,球内的气体只能抽检而没有无损测量方法.在大量实验和数据基础上,研究了液滴法制备空心玻璃微球气体渗透系数的差异和分布,利用数理统计方法对实验数据进行了分析和处理,计算了空心玻璃微球对氘气渗透系数的误差,微球预充气挑选方案产生的误差及分布.最后根据现在的抽样测量方案计算了误判的概率.

采用粒子模拟和实验相结合的方法对轴向反馈式虚阴极振荡器进行了研究.结果表明,轴向反馈式虚阴极振荡器能够有效地锁定微波频率,提高输出功率.在二极管电压为450kV,束流为22kA的条件下,当阴阳极间距大于1.3cm时,辐射微波主频约为3.5GHz,此时与腔的耦合较好,微波辐射功率较高;当阴阳极间距小于1.3cm时,辐射微波主频约为4.8GHz.实验和模拟符合得较好.

应用FDTD方法分析TEM喇叭天线阵列的瞬态辐射特性,分析了阵列单元之间的互耦对天线阵列远场辐射的影响.当TEM喇叭天线阵列单元沿E面叠状排列,阵元间互耦可以改善阵列的低频辐射;沿H面排列的槽状线阵或平面方阵不利于阵列的低频辐射的改善.用半TEM喇叭天线组成槽状排列和叠状排列的二元线阵和四元线阵,进行了相应的原理性实验,实验结果与理论数值模拟基本一致.

同轴型虚阴极振荡器是一种较有发展潜力的虚阴极振荡器,对西北核技术研究所近期的同轴型虚阴极振荡器实验的结果进行了介绍.实验结果表明,在不带有阳极反射板的同轴虚阴极振荡器中,产生微波的主模为TE11模,与常规的轴向发射虚阴极振荡器相比,其主频稳定且带宽较窄;在二极管电压300kV,电流18kA条件下,获得了功率约为200MW的高功率微波脉冲,效率约为3.6%,工作频率为2.7GHz.

综合两种现有磁绝缘线振荡器的优点,对器件进行改进,将双渐变结构、轭流片和阻抗渐变三种增大功率的机制综合考虑,利用二维半全电磁PIC程序进行数值模拟,设计了一种新的改进型磁绝缘线振荡器,当外加电压为550kV,电流为35kA左右时,在L波段获得了6GW的峰值输出功率.

采取减小阴极杆半径和长度、阴阳极间隙、叶片的长度和厚度及慢波结构周期的办法构造了一种紧凑型磁绝缘线性振荡器(MILO),并用2.5维全电磁PIC方法对这一器件进行了粒子模拟研究.该装置主频为1.9GHz,饱和后平均输出功率达5.4GW,束波转换效率达12%.紧凑型MILO结构能避免电击穿,电子束发射的对称性较易控制.

对矩形孔缝在微波频率为2～18GHz范围内的耦合系数进行了实验研究;建立了实验方法和实验装置.实验结果表明:对于矩形孔缝,当入射电场方向垂直于孔缝长边时,在微波波长约等于2倍孔缝长度时,发生共振效应,在该频率附近一定带宽内耦合系数最大,并且在共振频率处存在着场增强效应.

数值模拟了不同的磁场分布对回旋管磁控注入电子枪性能的影响.其中,共选择了3种电子枪区域的轴向磁场分布:正弦磁场、二次磁场和双曲正切磁场.由于前两类磁场在阴极区有一个恒定区域,故研究了此区域长度对电子枪性能的影响,找到使电子注具有较好性能的恒定区域的最佳长度;对于第三种磁场则研究了阴极区域磁场倾角对电子枪性能的影响,并找到了可以使电子注的速度比较大,而速度零散较小的稳定的最佳倾角分布区间.

根据传输线理论,计算了高空电磁脉冲晚期部分作用下近地长电缆外导体的感应电流,给出了电缆取不同长度、端接不同阻值负载时的电流波形.计算结果表明,当电缆长度为几十km,外导体两端接地,其感应电流峰值可达数十A,且随电缆长度的增加而增加,但电流增幅随电缆长度的增加逐渐变慢.当接地电路中串接较大电阻时,感应电流峰值明显降低.

利用工程设计分析软件I-DEAS,对高功率加速管的冷却系统进行了计算机辅助设计研究,并通过对不同冷却条件下加速管的温度场、冷却系统的冷却效果进行的数值模拟,实现了加速管冷却系统的优化设计.这可为高束流功率低能电子直线加速器的设计提供参考.

包含束团辐射阻尼效应的Fokker-Planck方程是比较完备地描述粒子运动状态的束团分布方程.在Fokker-Planck方程的基础上采用微扰展开方法对纵向微波不稳定性的发生机制及过程进行了分析,并且根据计算结果,研究了辐射阻尼效应对纵向微波不稳定性的影响.在计算中包含了静态的势阱畸变效应.计算结果表明,包含辐射阻尼效应的纵向微波不稳定性阈值高于没有辐射阻尼效应的不稳定性阈值.