考虑到有限厚介质的表面热对流,利用格林函数方法理论计算了强激光作用下介质材料的3维温度分布,给出了温升与材料尺寸的关系式及其关系曲线.以单晶硅材料为例进行了模拟计算,结果表明:温升不仅与材料本身的性质(热容,热导率,密度)密切相关,而且还与材料的吸收系数,激光加热参数(功率密度,能量分布,光斑大小,作用时间),以及对流换热系数有关.在激光照射的初始阶段,材料表面温度迅速增加;其后,随着激光照射时间的增加,温度增加量逐步变缓.

声光互作用器件--声光可编程色散滤波器(AOPDF)是一种实时的色散补偿器件,它可用于飞秒啁啾脉冲放大系统.通过耦合模理论推导,得到了输出脉冲的群延迟与调制声波的频率、啁啾、带宽等参数的关系,并且对用2.5cm长的LiNbO₃作为声光晶体的AOPDF补偿飞秒光脉冲的色散进行了数值模拟,得到了对中心波长为800mm的钛宝石飞秒激光色散补偿特性及所需声波的频率和啁啾参数.

用激光驻波构成的原子透镜对原子束实现nm量级的聚焦,由于原子束的速度扩散、束扩散和原子的波动特性等因素的影响,原子透镜存在像差.建立了两种描述原子透镜的理论模型,用半经典模型分析原子透镜的球差、色差及由原子束的发散角引起的像差,用量子模型分析原子透镜的衍射像差.模拟结果表明原子束的发散角是产生像差的主要因素,衍射像差大于球差和色差.提出了优化实验参数、增加束掩模和利用刻蚀技术三种改善原子光刻实验的方法.

用激光诱导碘荧光的方法对高超音速低温喷管的混合性能进行了测量,并用CFD软件FLU-ENT模拟了喷管的流场.两种方法所得的结果吻合得较好,在所给的参数条件下,燃料穿过氧化剂流,后者先被前者压缩,然后稍有膨胀.两股气流充分混合的地方距喷管出口平面10mm左右.实验与模拟的主要差别在于两股气流相遇后,实验结果中气流方向变化不大,而在模拟结果中,气流方向改变为基本上与x轴平行.

使用积分方法和差分方法结合的快速计算方法,在实际燃烧驱动氟化氢化学激光器增益介质沿径向分布不均匀的情况下,考虑在光束变换环形孔径激光谐振腔的紧束段引入光束旋转90°对其输出性能的影响.计算结果显示:在无腔失调的情况下,在紧束段引入光束旋转对束变换环孔激光谐振腔输出功率及光束质量的改善并不显著;在存在腔失调的情况下,紧束段光束旋转对于输出功率和光束质量的改善有显著效果.

在高功率激光系统,激光束小尺度相位畸变波前探测是实现激光束中频段波前补偿与控制的重要前提.采用阵列菲涅耳波带片作为激光束波前传感的子孔径分割器,利用区域重构的Southwell模型进行波前重构.并针对波前传感器子孔径数目、小尺度相位畸变波前的参数对波前重构精度影响进行分析与模拟计算,给出了阵列菲涅耳波带片合理的子孔径数目,为20×20～30×30;对小尺度相位畸变,激光束波前的重构误差小于十分之一波长.

以预-主脉冲方式工作的激励软X光激光毛细管放电装置,其预-主脉冲先后触发时间间隔的控制,直接影响了泵浦能量转换为X射线激光能量的效率.运用光电耦合及脉冲变压器隔离等技术,将集成芯片构成的延时电路用于快速高压放电装置中.实验结果表明,预-主脉冲协调工作,延时触发2～50μs,为产生软X光激光提供了条件.

对掺Yb³⁺双包层光纤激光器不同参数情况下的输出功率和增益分布进行了数值模拟,分析了一端泵浦和双端泵浦方式下输出特性的差异,激光沿光纤长度方向的分布,输出功率与光纤长度、腔镜反射率及泵浦功率的关系.结果显示:两端泵浦较一端泵浦增益更加平坦,输出功率也稍高;当泵浦光波长为975nm时,输出激光功率对光纤长度更为敏感,最佳光纤长度相对于泵浦光波长为915nm时短且转化效率高;在大功率长光纤的情况下,光纤有损耗时输出功率随输出腔镜反射率的增加单调地减小,无损耗时输出功率不随输出腔镜反射率变化.

采用Au-Gd混合介质作腔壁,增大腔壁Rosseland不透明度,降低其辐射能耗是提高黑腔辐射温度的途径之一.利用纯Au和Au-Gd混合介质的Rosseland平均辐射不透明度数据库和多次电离区物态方程加入一维辐射流体力学程序,计算分析了在神光-Ⅱ激光装置产生的黑腔X光辐射能源条件下,Au-Gd混合介质作腔壁对提高黑腔辐射温度的影响,得到了Au-Gd混合介质作腔壁可使黑腔辐射温度提高0.1～0.2MK的结论.

在预处理芯轴(基体)表面金属的催化作用下,通过镀液可控制的还原反应在芯轴表面不断产生金属Cu的化学沉积,然后刻蚀掉芯轴,经Cu层表面钝化处理而得到空腔Cu靶.对Cu靶的表面形貌、孔隙率、厚度及其均匀性、Cu靶纯度、耐氧化性能等进行了测试与分析,实验结果表明,所测各项数据达到Cu靶ICF应用的性能指标.化学镀方法为制备其它金属或合金空腔靶提供了新的途径.

ps激光探针作为激光等离子体诊断的探针光源,它是通过两次倍频和两次受激喇曼散射,将波长为1 054nm、脉宽约为1ns激光转换成波长为308nm、脉宽小于30ps的紫外光.研究结果表明:探针光系统输出能量大于1mJ,脉宽小于30ps,均匀性较好,运行成功率大于90%,满足了激光等离子体诊断的要求.

使用分步傅里叶变换和四阶龙格库塔法(R-K),对高强度激光以Ⅰ/Ⅱ类角度失谐方式,在KDP晶体中的谐波转换进行了研究,详细讨论了离散效应对三次谐波转换的影响.结果表明,离散效应不但降低了三次谐波转换效率,而且使谐波光束质量显著降低;初始入射基频光束腰半径较小时,离散效应是二次谐波转换和三次谐波转换效率降低的主要因素,失谐角对三次谐波转换的影响较小;随着束腰半径的增加,离散效应的影响逐渐减小,失谐角对三次谐波转换的影响逐渐增加.

随着大型激光器的发展,对短波段减反膜的要求日益提高,其中钕玻璃激光三倍频(355nm)的减反射成为新的技术要点.采用溶胶-凝胶工艺合成SiO₂溶胶,采用提拉镀膜法制备纳米多孔SiO₂薄膜,薄膜厚度为75nm,折射率控制在1.22,镀制在石英基底上的薄膜其355nm波长的反射率仅为0.2%.通过氨处理工艺和薄膜的表面修饰,薄膜的抗磨擦性能和疏水性能大大提高,薄膜经过蘸有灰尘、乙醇的棉花球擦洗20次和50次后,透射率最大值仅分别降低0.13%和0.39%,与水珠的接触角达到110°.

运用时域有限差分法计算了地面有限长电缆在高功率微波、超宽带和核电磁脉冲作用下的外导体感应电流.计算结果表明:场强相同情况下,核电磁脉冲在电缆上感应的电流最大,持续时间最长,高功率微波和超宽带在几m长和几十m长的电缆上感应的电流相差不大;入射角对电缆感应电流也有影响,电场方向与电缆平行时感应最强;地面电缆的感应电流振荡频率比自由空间中电缆的感应电流振荡频率低;随着大地电导率的增大,感应电流反射波衰减加快;电缆任一端接地后,接地端电缆感应电流都会增大

利用无箔空心石墨阴极和0.65T的脉冲引导磁场,从Sinus加速器二极管引出了电压约750kV、电流约8.6kA、脉宽40ns的环形电子束,经过输入腔和中间腔间隙调制后,得到了7kA/43ns的基波调制电流,经过输出腔间隙后,得到了2.1GW/15ns的最大微波输出功率,束波转换效率33%,最高增益为40dB,并发现脉冲缩短现象.

为了探寻电流脉冲泄流时,设备的接地是否有效可靠,用FDTD法分析了脉冲泄流时均一土壤、分层土壤及局部改善土壤的电导率对冲击接地阻抗(TGR)的影响.结果表明:大地电导率对冲击接地阻抗的影响很大;对均一土壤,TGR随大地电导率的增大而减小,大地电导率越大,TGR对接地体的埋深越不敏感.对分层土壤,接地体要埋在大地电导率大的土壤层中,且不要靠近交界面;局部改善大地导电性能对降低TGR效果明显,TGR对改善区域的体积非常敏感,而当电导率大于一定值时,大地电导率的再增加,对TGR的影响不明显.

因为金属不可能具有理想的导电性能,慢波系统的损耗总是存在的,因此衰减常数是衡量一个慢波系统优劣的重要参数之一.考虑螺旋带径向厚度,对介质进行分层,取不同的径向相位常数对翼片加载螺旋线慢波结构建立了螺旋带模型,详细推导了衰减常数表达式.计算结果表明,考虑螺旋带径向厚度将提高衰减常数的计算值,螺旋线本身的损耗占整个系统损耗的大部分.

采用时域有限差分方法,对水平极化电磁脉冲模拟器所产生的电磁场进行数值模拟,在时域中计算了电磁场的时间-空间分布.讨论了电磁脉冲模拟器产生的电磁脉冲波形和场的空间变化、均匀性等重要因素.结果表明,模拟器产生的电磁脉冲前沿为10ns,接近脉冲电压前沿,波形与脉冲电压波形(双指数波)相差较大;峰值场强在对称轴上并非与距离成反比,而是随距离增大而迅速减弱;该模拟器的双锥-笼形天线能在大范围内(大于等于50m,水平方向)产生均匀分布、高峰值场强、快前沿的电磁脉冲.

根据磁场、流函数和感应电流的解析公式,研制了间接馈电爆磁压缩发生器充电和爆磁压缩过程计算程序MFCGⅢ.用MFCGⅢ计算了实验模型,其结果与测试结果符合较好.因此MFCGⅢ可对实验提供优化设计,并且可分析、解释MFCG实验中有关的物理问题.

应用数值求解耦合波方程的方法,分析了馈源入射端的TE₁₁模沿着各种不同形状渐变张角传输的情况下,馈源内各个模式之间的耦合关系及其口面辐射特性的变化.同时为验证理论和程序的正确性,选择了一个模型进行加工实测,测量结果与理论分析具有较好的一致性.以此为基础,经过大量计算,初步得到了一个功率容量为1GW的准高斯馈源设计方案.

使用ANSYS软件对行波管电子枪阴极组件进行了热分析和结构分析,计算了阴极组件的简化模型的温度和热形变.同时将热分析结果引入行波管设计软件TWTCAD中计算热形变前后电子束的射程、注腰半径、导流系数和面积压缩比的变化,使TWTCAD的计算结果与实验值更为接近.热形变导致电子束各项指标的变化对实际行波管的设计有参考价值.

给出了微波在大气中传输受气体分子吸收导致衰减的较精确计算模型,该模型扩展了传统计算模式忽略温度、湿度、压力变化及传播距离受限制的近似算法.结合我国某地区的实测气象数据模拟计算了该地区的大气吸收衰减,最后根据数值计算结果分析了微波随频率、发射角度以及月份(季度)变化的传播特性,并简要说明了此研究在微波遥感中的实际意义.

研究了M个束、N个共振腔的多束速调管(MBK)的增益和带宽,得到了描述小信号增益和带宽与器件结构参数和电子束参数关系的公式,给出了在不同参数下增益随频率的变化曲线.分析了多腔对增益,多束对带宽的影响.计算结果表明:多腔可以提高增益;多束可以降低Q值,从而可以增中带宽,带宽增加工了3.6%,还可以提高增益;对于MBK,频率交叉调谐对增加带宽不如频率调谐好;空间电荷波只对增益有影响,对带宽没有影响.最后,预估一种L带多束速调管的增益带宽为8.1%.

傍轴近似下带电粒子束传输可完全类比于近轴光线椭圆高斯光束的传输.基于这种类比,建立了带电粒子束传输中横向发散的复曲率半径的类ABCD定律,引入了带电粒子在横向的复曲率半径的概念,并以复曲率半径的实部表征带电粒子束的敛散特性,虚部表征带电粒子束的束斑大小.由此提出:带电粒子束整体可被看作类椭圆高斯光束,其发射度与光束波长的作用相同.通过这种类比可知,在适宜的加速器环境下,理论上可能产生相干带电粒子束.

多功能腔集真空泵安装、束流过渡漂移、束流在线测量及方便机器检修等诸多功能于一体,是"神龙一号"加速器束流传输系统的一个关键部件.简要介绍了多功能腔设计中的磁轴准直、输运磁场的连续性以及横向阻抗几个关键问题,阐明了多功能腔的可维修特性和磁轴准直性能,分析了多功能腔对输运磁场连续性的影响,计算了多功能腔的低横向耦合阻抗,并提出了降低横向耦合阻抗的措施.多功能腔的应用简化了束流传输线的结构,提高了束流传输线的性能,将在"神龙一号"直线感应加速器的调试中起到非常重要的作用.

主要介绍S-5N的结构及测试实验结果.S-5N型全固态重复频率脉冲发生器是目前国际上同类源中峰值功率和平均功率均为最大的一台.随负载大小的变化,S-5N脉冲发生器的输出电压为400～600kV,输出电流2～3kA,输出脉冲半高宽40～50ns,单脉冲输出能量40～65J.S-5N脉冲发生器在300Hz重复频率条件下可连续工作,500Hz重复频率条件下可连续工作3min,平均输出功率高达30kW.

根据陶瓷介质材料具有高介电常数和高工作场强的特性,从理论上分析了陶瓷电容器具有的储能密度高、可工作在数kHz至数MHz的振荡放电回路中和老化缓慢等特性.对试制的1μF/500V的多层陶瓷电容器(MLC)试样品进行了750V的1min直流耐压和100Hz重复充放电等可靠性试验研究,结果表明:该MLC在500V工作电压下(对应的体积储能密度达到720J/L)重复充放电寿命达10⁷次以上;50kHz振荡放电输出电流峰值达320A;试验前后电气性能保持不变.因此,这种陶瓷电容器适合用作强脉冲大功率电源的储能元件.

磁开关压缩脉冲过程中,磁芯磁参数需历经非饱和与饱和两个阶段,磁滞回线变化经历半个周期,通过测量这一变化过程中通过磁开关绕组的电流和磁通量变化率,可以计算出磁芯的磁滞回线,确定饱和磁通密度、剩磁等动态参数.讨论了基于高电压放电和脉冲压缩方法测量磁芯动态参数的原理,给出了测试装置的电路原理和电路元件参数的选择方法,测量了大型磁开关磁芯快脉冲条件下的电参数,计算了相关的磁参数,给出了实验结果.

介绍了大型直线感应加速器机械轴精密对中安装方法和工艺.直线感应加速器由多个组元连接而成,总长几十m.采用激光跟踪仪并配以全站仪、水准仪进行准直测量,再用专门设计的高精度调节机构调节,可使机械轴的准直达到较高的精度.分析了准直安装各步骤能达到的精度,研究了几十m长机械轴准直控制测量网的建立和理论坐标值的修正.

用高频结构模拟程序HFSS优化设计条带电极kicker并计算了它的反射参数和横向分流阻抗.从模拟得到的反射参数可以看出,在要求的250MHz带宽范围内,反射的功率小于7%,说明了条带与功率传输线是阻抗匹配的;模拟得到的横向分流阻抗与公式计算得到的结果基本上一致.当频率250MHz时,得到了1300Ω的分流阻抗,在此种条件下,需要反馈功率为123W方能抑制束流不稳定性,这为电极的机械设计和在反馈系统中选择功率放大器提供了最基本的依据.

用数值模拟的方法研究了FTO客体材料的线吸收系数随着穿透材料深度的变化关系,并拟合出材料有效线吸收系数与厚度之间的函数表达式.研究结果表明,在闪光照相中X光能谱发生了硬化,并随着穿透材料深度的增加谱平均线吸收系数会随之减小.FTO客体中钨的平均有效线吸收系数O.838(4.53%)cm^-1,铜的平均有效线吸收系数O.297(4.96%)cm^-1,能谱效应对有效线吸收系数的影响小于5%.在图像重建中利用上述的线吸收系数能够反演出精度达5%的材料密度.

从激光光斑有效面积的定义出发,采用CCD图像摄取技术,设计了一套激光光斑有效面积测量装置.在4种不同激光光斑能量分布和不同能量密度的情况下,用有效面积测量仪分别进行了实际测试验证.结果表明,该测量装置可以对任何能量非均匀分布的激光光斑的有效面积进行准确测试,有助于提高光学元件激光损伤阈值的测量精度.