采用表面热透镜技术,对3.8μm和2.8μm激光辐照下镀制在Si基底上的单层ZnS,YbF₃和YBC薄膜及不同膜系的YbF₃/ZnS多层分光膜和多层高反膜,以及镀制在CaF₂基底上的增透膜进行了吸收测量,并对3.8μm和2.8μm激光的测量结果进行了比较分析.实验结果表明,2.8μm波长下的吸收比3.8μm的大得多,两者之间约相差一个量级,测得的多层高反膜YbF₃/ZnS薄膜在的3.8μm处的最低吸收为4.57×10^-4,测量系统的灵敏度约为10^-5.

分析了高能激光内光路热晕的特点及传统热晕研究测量方法的缺点,提出了基于层析技术的气流折射率场的干涉测量原理和方法,利用该方法可以实现对高能激光系统内光路热晕的无耦合测量.通过对模拟热晕流场热晕的光学层析干涉测量,验证了该方法的可行性和可靠性.

通过采用Cl₂流量250mmol/s列管射流式氧发生器的COIL出光实验,得到了激光输出功率随碘副气流相对于氧主气流混合穿透深度的变化规律.实验结果表明,穿透深度对激光功率影响较大,存在最佳穿透深度,约为3.16mm,计算的最佳穿透深度与实验得到的最佳穿透深度基本一致.通过逐步改变供碘系统的碘气流流量,测量激光的输出功率,在实验上证实并找到了COIL的最佳碘流量值,约为4.5mmol/s,这一结果比以往文献所登载的最佳碘流量值要确切.

分析了双包层光纤激光器(DCFL)耦合方程的解析解,并对信号光散射损耗、后腔镜泵浦反射率等影响掺镱DCFL斜线效率的典型参数进行了理论研究.结果表明,斜线效率并不是随着后腔镜泵浦反射率的升高而单调增大,因为泵浦反射率的升高会影响光纤的最佳长度,从而降低斜线效率.所以在优化斜线效率时应该考虑到泵浦反射率和光纤最佳长度之间的匹配.同时,提高纤芯掺杂浓度、减小信号光散射损耗也能增大斜线效率.

X光在导管中的传输性能是设计X光透镜的基础.在研究X光导管传输理论基础上,建立了X光在导管中传输的射线跟踪方法,编制了蒙特卡罗模拟计算程序.对具体的模型,计算给出了导管的传输效率随X光源与导管入口面的距离、导管直径和曲率半径的变化关系.模拟表明:直圆柱导管的传输效率随导管直径增大而减小,随X光源所在平面与导管入口面之间的距离增大而增大;弯曲圆柱导管的传输效率随其曲率半径的增大而增大,当曲率半径趋向无穷大时,X光在弯圆柱导管的传输效率趋向于直圆柱导管的传输效率.利用编制程序计算得到的传输效率与实验结果符合较好.

当激光无论从地面或是从空中辐照运动的圆柱体时,都涉及到入射激光相对于圆柱体的辐照方式.在一定假设下,导出了激光对抛射圆柱体表面加热时圆柱表面热加载功率密度分布公式,并结合一理想情况,针对光束入射角度因子、光斑中心的偏移、光斑形状的变化进行了解析计算分析.分析表明,即使圆柱体本身不做自转,圆柱体表面的光强分布中心也会发生偏移,分布也会发生变化,尤其沿圆柱体轴向的分布变化较大,必须结合实际加以细化研究.

镜体的结构决定了相变致冷镜抑制腔镜在高能激光辐照下的热变形的效果.比较不同结构形式的相变致冷镜镜面热变形的有限元软件计算结果,并通过一阶非线性优化方法,得到较优的放射状结构:硅基基体外径80mm,厚度12.5mm,光斑直径40mm,吸收功率密度为79.58kW/m²,当其最优沟槽深度为9.9mm,宽度为0.4mm时,光照10s时镜面热变形达到最小值0.37μm.

提出了一种弱小目标检测的新方法.从实际应用出发,考虑到复杂的背景和大量的干扰噪声,对传统熵值检测算法进行了改进,采用邻域熵值变化为检测标准.为了提高此方法的有效性,结合了灰度形态学滤波来对图像进行预处理.该检测算法的全过程为:首先对图像进行形态运算;然后对形态波后的图像进行邻域熵的计算;接着以计算所得的邻域熵的最大值和最小值为依据对图像进行分割,得到目标或目标边缘所处位置;最后用实地拍摄的空中弱小目标真实图像进行了实验验证.结果发现:该新方法可对弱小目标、大目标、多目标进行检测,且检测速度快,抗噪声干扰能力强.

从速率方程出发,对波长为980nm的激光泵浦掺Yb³⁺光纤激光器进行数值模拟,全面分析激光器阈值功率、输出激光功率、增益等重要参数与泵浦功率、光纤长度、腔镜反射率、掺杂浓度等参量之间的关系.采用高浓度掺Yb³⁺光纤对环形光纤激光器做了初步实验研究,所得结论与实验模拟结果基本一致.

概述了当前研究Rayleigh-Taylor不稳定性增长实验所用的靶型情况.从实验用靶来看,调制靶的设计正从平面向立体发展,出现了球形和柱形等新靶形,制备手段包括精密机械微加工、激光束、电子束和离子束加工、半导体工艺和微米纳米技术加工等.根据对国外新靶型的研究,结合国内工艺条件和实验需求,对国内可能采用的靶型进行了研究探索.

光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)在饱和放大区存在一个增益稳定点,据此设计了一个输出稳定的三级OPCPA系统;第一、二、三级分别选用准相位匹配的周期极化钛氧磷酸钾(PPKTP)晶体、LBO晶体和KDP晶体作为增益介质。饱和放大时,增益随泵浦光强度变化时的增益输出稳定性明显改善,在泵浦光强度抖动低于6%的情况下,各级光参量放大器OPA输出的增益抖动小于1%。前级采用准相位匹配的PPKTP晶体作为增益介质,在远低于破坏阈值的30MW/cm²的泵浦功率密度下,可得到2×10⁵的饱和放大增益和20%的能量转换效率。

为研究毛细管放电X光激光中预脉冲放电对增益的影响,用简化的XDCH程序,模拟计算了聚乙烯毛细管充Ar气、2μs脉宽的预脉冲放电过程,把预放电之后的等离子体温度、密度和电离度作为初始条件,输入XDCH程序,进行40kA典型主脉冲放电的计算模拟,给出了一些典型预放电幅度下的增益和电子密度分布情况.比较分析的结果发现,对2μs脉宽的预脉冲,100A的电流将得到较好的增益,并且预言激光线时间谱可能出现双峰结构,空间谱会出现环状结构.

在ICF靶丸参数测量中,采用接触X射线显微辐射照相法获得靶核的X射线吸收底片图像,将该底片放置于显微镜下并用CCD获得了数字化图像.基于该数字化图像信息,编写了一套完整的计算机算法来计算靶参数.采用辐向平均法标定出靶中心,采用图像强度函数对半径的二阶微分来确定出靶层分界位置,计算精度约为0.2pixels.

研究了软X射线能谱仪探测道系统(系统包括X射线二极管(XRD)、SUJ-50-10电缆和不同频带示波器)的响应时间.实验利用上海激光联合实验室的20TW激光器激光(激光能量约20J,脉冲宽度约1ps)打金箔靶产生的X光,用XRD探测系统测量,记录示波器有TK684C,TK694C和WM8500等.将实验数据进行了线性拟合和比对分析.滤片-XRD探测系统的响应时间随偏压升高而加快,随传输电缆长度的增加而变慢,因此测量快信号过程时,应提高探测器偏压,缩短传输电缆,选择宽频带高采样率示波器,以便减少系统的响应时间,减小信号失真程度.

采用全电磁PIC粒子模拟方法研究了磁场对球头阴极二极管物理特性的影响.结果表明外加磁场主要是通过对二极管束流轨迹的改变来影响二极管的物理特性.由于外加磁场将约束其产生电子束的发散,结果使其空间电荷限制电流减小,其值在无外加磁场并且自磁场可以忽略时的空间电荷限制电流值的0.5～1倍范围内.当外加磁场足够强时,束流轨迹主要受外加磁场控制,二极管产生的电子束既不箍缩也不发散.强外加磁场条件下的空间电荷限制电流近似为无外加磁场时的一半;在无外加磁场条件下,在阳极处的束流半径随二极管电压电流的增大而减小,空间电荷限制电流增强因子随束流半径的减小而减小,随二极管电压电流增大而减小.这一系列结果是在二极管电流小于其自箍缩临界电流条件下得到的.

脉冲缩短现象是高功率微波器件中普遍存在的物理现象,它将导致输出微波的能量低于预期值.用粒子模拟的方法研究了相对论返波管在填充氦气以及存在中性背景气体时的脉冲缩短现象.从计算结果可以看出,器件内残留的中性背景气体是产生脉冲缩短的原因之一,但并不是最重要的因素;对于充气的相对论返波管,为了展宽脉宽,充气气压必须控制在一个适当的水平.器件内部强电场的射频击穿和慢波系统表面的爆炸发射可能是引起脉冲缩短的更为重要的因素.

在高功率微波器件中,通常采用大耦合孔的同轴微波输出腔,该腔为3维结构.采用场等效原理将腔体、耦合孔及其输出负载(行波边界)进行分区,每个区域中的场由界面上的磁流密度决定.采用格林函数积分法可得每个区域中的3维场,再由各个区域的场匹配方程求得腔体的谐振频率、特性阻抗、有载品质因数、模式分布等参数.为腔体的计算和设计提供一种计算模型.

利用时域有限差分法(FDTD)并结合蛙跳技术,通过联合求解Maxwell方程组和热传导方程,模拟了水的微波加热过程,计算了烧杯中的水的温度分布;研究了随机相位和随机频率微波功率源合成时水的加热情况,对比了随机相位和随机频率非相干微波功率源与相干微波功率源作用下水的吸热和温升.计算结果表明,随机相位功率源进行合成时,烧杯中的水温分布更均匀,水所吸收的热量也较相干功率源合成加热时有较大增加;而随机频率功率源进行合成时,加热效果没有明显的变化.

建立色散介质3维真实人体模型,用色散介质时域有限差分((FD)²TD)方法计算了强电磁脉冲(EMP)对人体的作用.结果表明,电磁脉冲对人体的透入主要决定于脉冲前沿,受脉冲宽度的影响较小;透入体内的脉冲,相对辐照脉冲显著变窄;人体吸收的电磁能没有明显受到辐照脉冲能注量的影响;虽然人体从单个脉冲吸收的能量远低于用比吸收能定义的安全标准,但这种剂量的照射在离体培养的人肝细胞(L-02)上却产生了明显的生物学效应,这意味着比吸收能难以作为人员安全评估标准.

应用FDTD方法计算了单色平面波斜入射时1维介质光栅的近场,进而求出介质光栅的衍射效率.借助于周期边界条件,整个计算区域为周期结构的一个单元.考虑入射波在两种介质界面上会产生反射和透射,故在总场边界上引入入射波、反射波和透射波.给出了光栅单元截面为矩形和梯形的算例.该方法可用于斜入射情形下具有复杂结构和任意单元截面的介质栅近场及其衍射特性分析.

用场方法研究了相对论速调管放大器辐射频率的可调性.发现调制电流频率的可调性与一阶Bessel函数的周期相关,对应相同的一阶Bessel函数值,可以有多个不同数值的宗量,调制电流的频率与Bessel函数宗量数值包括中间腔与提取腔之间的距离和电子束的传输速度等因素相联系.理论估计的调制电流频率可调范围与实验测得的结果符合得很好.相对论速调管放大器辐射频率的可调性还取决于提取腔的设计.

以去离子水与乙二醇的混合液(体积分数分别为36.5%,48.7%,59.0%及71.2%,以下简称混合液)作为同轴传输线的绝缘介质,进行了μs级高电压负充电条件下的正电极击穿实验,研究了混合液的击穿电压、击穿时间、相对介电常数及电阻率与体积分数的关系.实验结果表明:在充电电压为20kV时,71.2%的混合液比36.5%的混合液的平均击穿电压提高25.1%,平均击穿时间延长10.49%,而相对介电常数减小8.68%.同时,随着充电时间的缩短,混合液的击穿电压提高.

利用轴对称PIC模型对轴承滚珠等离子体浸没离子注入(PIII)过程进行了数值模拟,对归一化电势的扩展情况进行了研究。在滚珠批量处理过程中,为了避免相邻滚珠周围鞘层的相互重叠对注入均匀性造成不良影响,对滚珠在靶台上摆放的最小距离进行了数值计算,计算结果表明:在电压为-40kV,氮等离子体密度为4.8×10⁹cm^-3,脉冲宽度为10μs时,滚珠摆放的最小距离应大于34.18cm。分析了滚珠圆周方向注入剂量的分布情况,针对静止滚珠改性处理后剂量分布很不均匀的问题,通过旋转靶台使滚珠注入均匀性明显得到改善。利用朗谬尔探针测量了滚珠周围鞘层扩展的情况测量,模拟结果和实验测量结果相吻合,最大相对误差小于8.4%。

在顺位流模型与"4阶段"粒子流动模型的基础上,提出了一种用于分析100ns/MA级电子束流的低阻抗强箍缩二极管物理过程的理论模式.在这种理论分析模式中,将电子和离子的流动情况随时间的演变过程分成非箍缩电子流、弱箍缩电子流、强箍缩电子流3个不同的阶段,分别结合聚焦流和顺位流模型对各个阶段特性进行估算.利用KARAT PIC数值模拟软件并结合"强光一号"加速器的工作状态,对该类型二极管中电子束的流动过程作了数值模拟,并在"强光一号"加速器上开展了实验研究.数值模拟和实验结果的对比表明,所提出的新的理论分析模式是合理可行的.

铁电阴极材料,作为一种新型的功能材料,以其高的发射电流密度等优点而受到重视.鉴于目前研究的铁电阴极材料多局限于锆钛酸铅等含铅材料,作者采用无铅铁电陶瓷Na_1/2Bi_1/2TiO₃-BaTiO₃(BNBT),进行了电子发射实验,获得发射电流密度达20A/cm².初步实验结果表明,与锆钛酸铅相比,钛酸铋钠发射电流密度略低但性能稳定性较好.作为无铅铁电阴极,BNBT仍然具有良好的研究开发价值.

推导了串联谐振充电电源不同工作模式下的电流、电压计算公式,给出了计算不同周期电流、电压值的递推公式;应用递推公式说明了这种电源的脉动恒流充电特性;给出了负载电容不完全放电情况下电源参数的计算方法.在负载电容完全放电的情况下,电源的平均输出功率为最大输出功率的一半,在负载电容电压基本维持恒定的情况下,电源平均输出功率与最大输出功率相等;最后给出了一台为Tesla型加速器初级储能电容充电的谐振电源的设计实例,电源的实测结果和计算结果一致,在100Hz重复频率下运行稳定可靠.

设计了一个有3组电极的开关,给出了开关的结构,分析了多组电极共存的可行性和开关内的电场,利用通用电路模拟软件对通过开关的电流进行了计算.此开关在单组电极导通时,耐电压约为50kV,电流100kA以上,电流脉宽约20μs;在间隔1ms,脉宽为μs级的预触发脉冲触发下,开关能在电感负载中产生间隔为1ms的3个电脉冲,实验测得平均峰值电压约38kV,电流约100kA,脉宽约20μs.

把残余气体散射作为一种各向同性微扰力引入轴对称直流带电粒子束的均方根包络方程,从中得到了气体散射作用导致束流发射度增长的表达式.根据理论研究结果,结合"神龙一号"加速器束流传输系统的设计参数,计算了气体散射作用引起的发射度增长.结果表明,在束流传输系统的真空度高于3×10^-4Pa时,残余分子的散射作用可以忽略不计.5×10^-4Pa的真空指标是可以接受的.讨论了抑制残余气体分子散射作用的措施,在螺线管线圈能力许可的情况下,采用强磁场小半径传输有利于抑制残余气体散射导致的发射度增长.

介绍了具有预脉冲屏蔽板的水介质脉冲形成开关的结构和等效电路模型,给出模型中等效参数的计算方法.使用Pspice软件对该模型进行了电路模拟,着重分析预脉冲屏蔽板结构对输入、输出脉冲的影响,同时分析了开关电感和电极间隙电容对电压波形的作用.模拟结果表明,开关输入、输出端的对地电容对电压波形影响很大,开关电感和电极间隙电容的影响相对较小.对比"闪光二号"加速器上进行的水介质自击穿开关实验波形和模拟波形,说明在一定范围内等效模型是可以采用的.设计开关结构时,应先合理调整屏蔽板的位置以确定其对地电容,尽量兼顾减小开关电容和电感,屏蔽板开孔大小需选取适当.

实验研究了快脉冲触发固体有机薄膜开关的欠压比、触发脉冲幅值、极性效应和间隙距离对触发特性的影响.固体有机薄膜开关具有较快的脉冲前沿,但其触发性能因条件不同而差异很大.对于自击穿电压为10kV的18μm薄膜,在工作电压9kV,触发脉冲上升沿为1ns,脉冲40ns,幅值9kV条件下,测得开关时延为1.1ns,时延抖动为0.2ns.

介绍了闪光照相中X光传播规律的等效单能模型.针对闪光照相出光重复性差、能谱测量困难的特点提出了相对质量吸收系数的概念.阐述了闪光照相中相对质量吸收系数的测量原理和方法.在闪光照相实验设备上采用整条D～L曲线对钨材料相对质量吸收系数进行了测量,得到的实验结果为1.23,与数值模拟结果1.26符合较好.

基于厄米-双曲余弦高斯光束通过无光阑限制薄透镜聚焦的解析传输公式,研究了厄米-双曲余弦高斯光束聚焦区域的光强分布,并对光束的焦移进行了分析,讨论了偏心参数对光强主极大位置的影响.结果表明:TEM11模厄米-双曲余弦高斯光束的相对焦移(绝对值)随偏心参数和菲涅尔数的减小而增大,菲涅尔数较大时相对焦移趋于零.TEM22模光束在偏心参数小于0.54时,轴外与轴上光强极大值的比值大于1,此时光强主极大在轴外,偏心参数大于0.54时则相反;在偏心参数等于0.54时比值为1,此时光束有两个主极大,偏心参数愈大光强愈集中于轴上.使用LW法和GH法得到的TEM22模光束的相对焦移(绝对值)随偏心参数和菲涅尔数的变化规律与TEM11模光束一致,但相同参数下使用这两种方法得出的具体结果不同.