采用位移形式表征各向同性介质的运动,从而对传统的SBS耦合波方程组进行改造,使之适用于多维的情况并体现光学理论和力学理论的耦合.采用有限差分方法数值求解了光学-力学耦合型后向SBS方程组,得到了瞬态的位移场、速度场和应力场.计算结果表明,当泵浦光光强为2.0×10¹⁵W/m²时,SBS可激发厚度为1cm的K9玻璃样品的表面产生出0.1nm量级的位移和10m/s量级的速度,对应的应力幅度达到10MPa量级.

论述了利用激光散斑实时测量目标散射面角振动的原理,并从干涉条纹的角度对仿真参数进行了分析.理论分析及仿真结果表明,探测器接收的光功率起伏包含了目标散射面角振动的信息,利用散斑实时测量目标角振动是可行的.目标散射面照明尺寸越小,目标散射面绝大多数微元的间距也就控制得越小,探测到的光功率交流分量起伏越大,即信号也越强.光学接收天线光阑边长并不是越大越好,随着其值的增大,光功率交流分量并不是简单的随之增大,而是表现出周期性的起伏.因此,可以对接收天线加可调光阑,从而达到最佳的探测效果.利用此原理构建的系统测量的目标角振动振幅有一定的范围,测量上限受限于相位调制因子.

用矩阵方法研究了有扭曲的各向异性高斯-尔模型(AGSM)光束通过自由空间的传输.给出了光束参数的解析传输公式和详细数值计算结果,说明AGSM光束的传输特性以及扭曲因子和空间相关长度的影响.

采用衍/折射光学元件结合的方法,使用两种玻璃设计了星载用长焦距望远物镜,对其二级光谱进行了校正.具体介绍了衍/折透镜望远透镜消二级光谱方法、步骤.计算机模拟结果表明:校正后的望远物镜轴上位置色差小于0.08mm,满足使用要求,并且设计方法步骤简单.

建立了基于分子反应动力学的氧等离子体化学反应模型,该模型包括了电子与氧分子,以及氧原子与氧分子的碰撞反应过程.利用反应动力学理论计算并讨论了电激励O₂(¹△)发生器的放电参数,发现电子能量应小于2.5eV.电子浓度对O₂(¹△)产率的影响不大,当放电压力与气体线流速一定时,存在最佳的电子平均能量.

分析了高功率激光通过窗口时,引起的窗口热透镜效应及其对激光光束质量的影响.用冲量定理方法,推导了二维热传导方程的广义傅里叶级数解,然后按照平面热应力问题,运用有限元方法数值计算热变形.考虑热变形、折射率随温度变化,忽略光弹性效应,解出出光面的波前相差分布,讨论了远场光束质量.以空心环形光束为例,计算了熔融石英(SiO₂)和白宝石(Al₂O₃)两种常用窗口的温升分布、热变形、波前相差和光束质量,分析了冷却、辐照时间、光强分布的空间梯度和各种材料参数对光束质量的影响.

为了准确地确定飞秒激光对比度的信息,基于两束不同激光的互相关原理,利用非线性晶体对激光强度变化十分敏感的特性,研制了一台三阶相关仪,并用其对钛宝石激光放大系统输出的飞秒激光脉冲进行了测量,得到了有关该系统的强度对比度的信息.结果显示:该系统输出的激光对比度在10⁶左右,在脉冲的前沿和后沿有很强的ASE辐射,并且延续了很长的一段时间;种子脉冲的对比度在10⁵左右,而且在主脉冲前约2ps的位置上,有一个强度很低的小脉冲,在主脉冲的两翼各有一个非常小的台阶.

研究了磷酸二氢钾(KDP)晶体热退火前后光学均匀性的变化,发现适当温度下退火可以降低KDP晶体的内应力,提高晶体的消光比,从而提高晶体的光学均匀性.实验证明,50℃下退火即可消除部分内应力,110℃下退火可以消除生长鬼影和鬼线.但是,退火温度太高(如170℃),也可能使晶体的均匀性降低.

介绍了一种基于Sagnac干涉仪形式的超短脉冲多路放大技术,能够实现多个激光脉冲的自动复合,并且在理论上能够实现锁相输出.分析了调节偏差对于干涉仪性能的影响,在仔细调节好干涉仪的情况下,起主要限制作用的是放大器介质折射率的随机变化,同时给出了一种利用偏振分束片的多路放大方法及实验结果,将直径为φ50mm,能量为2～3mJ的脉冲激光放大为最大输出能量为120mJ,稳定运行在100mJ的脉冲.

采用脉冲激光沉积技术制备了钴纳米薄膜,分析和讨论了不同背景气压和脉冲频率对钴纳米薄膜表面形貌的影响及纳米微粒的形成机理.实验结果表明:在低背景气压下,等离子体羽辉自身粒子之间的碰撞占主导作用,容易形成液滴;在较高背景气压下,等离子体羽辉边缘粒子和背景气体粒子之间的碰撞占主导作用,容易形成小岛并凝聚成微颗粒;在4Hz的脉冲重复频率和5Pa背景气压下生长出单分散性良好的钴纳米颗粒.

给出了适合微秒级导通时间等离子体断路开关的二维雪耙模型的具体描述,建立了二维雪耙模型的基本方程及其差分格式,对方程进行了显式求解.通过对一个模型的计算,给出了雪耙阵面的传播图像,指出了断路开关的断开位置及附近点密度随时间的变化曲线,在该位置附近出现了等离子体薄化现象.

对用能量为7.5MeV和20MeV,注量为10¹¹～10¹³cm^-2的质子辐照后的砷化镓材料制作的光电导探测器的光电流和暗电流进行了测试,并由此推得电导率的变化.结果表明,经过能量为7.5MeV的质子改性后的砷化镓探测器相对于未改性的附加光电导率Δσ减少,而且随着辐照注量的增加而越小,而对于先用能量为20MeV质子辐照后再用能量为7.5MeV的质子辐照的砷化镓材料制作的探测器,其附加光电导率Δσ的减少则更为明显.对上述现象进行了分析,并根据其相应关系预测了该种探测器的响应时间、灵敏度、拖尾现象及受X射线激发的输出脉冲的后延的变化情况.

为了估计聚变中子产额Cu活化测量法中加速器中子源刻度与实际测量中几何条件不一致对测量结果的影响,通过对MCNP进行二次开发,用蒙特卡罗方法计算了这两种情况下有角关联的γ-γ符合探测效率,通过与刻度实验结果比较,验证了计算结果的正确性,得出了几何条件的差别引起探测效率的增加小于3%的结论.

利用暗场成像原理,研制成功一套应用于大型激光装置的光学元件损伤在线检测装置,并在多程放大系统上进行了实验研究.与传统的检测手段相比,该检测装置可以实现对光学系统的在线检测,并可对损伤点的图像进行分析处理,最后提出通过减小像差和扩大检测范围的方法来改进该装置的检测效果.

在喷气Z-pinch内爆等离子体研究中,雪铲模型是一种常用的、比较简单的物理模型.根据实验中提供的电流波形,负载线质量和初始半径,可以通过雪铲模型来估算内爆到心的时刻.根据一维运动方程和不同构形下的解析解以及部分实验结果相结合,讨论了雪铲模型的适用范围.数值计算的内爆时间和实验(Gamble II,Double-EAGLE,BLACKJACK 5)测量值符合得较好.结果表明,雪铲模型在喷气Z-pinch实验的负载优化设计研究中是很有参考价值的方法.

讨论了用开口波导N5作为接收天线的有效面积的测量,给出了测试的原理和方法,并给出了该开口波导的有效接收面积与频率的关系的测试结果.将测试结果与俄国人标定的结果进行了比较.结果表明测试结果是可信的,为准确测试高功率微波源的输出辐射场功率提供了必要条件.该测试方法也适用于其他天线的增益和有效面积的测量.

对应用于Ka波段二次谐波回旋速调管放大器的一种输入耦合器进行了分析,并利用三维电磁模拟软件HFSS和ISFEL3D对其进行了模拟与设计.研究结果表明,该输入耦合器具有较高的能量耦合效率,并能在Ka波段获得高纯度的TE₀₂₁谐振模式.

从麦克斯韦方程出发,采用时域有限差分法(FDTD)和离散傅里叶变换(DFFT)相结合的方法,通过数值计算得出了六腔开放式谐振腔中前四个谐振频率和场分布,计算出的谐振频率与实验测量结果基本相同.比较了开放腔和封闭腔谐振频率,验证了TEM波吸收边界条件,并在实际编程计算中得以应用.计算结果为六腔渡越管振荡器的机理研究提供了依据.

提出了一种改进型C波段磁绝缘线振荡器,并对其进行了优化设计.首先根据磁绝缘原理对慢波结构进行了理论分析,并选择了磁绝缘线振荡器阴极半径和主慢波结构的基本参数,然后用2.5维全电磁PIC方法研究了输出功率与其它参数之间的关系.模拟表明,优化结构可以在输入约21GW电功率(工作电压约500kV)的条件下,得到频率3.91GHz、平均功率2.71GW的微波输出,其饱和时间为10ns,平均效率为12.9%.

讨论了高功率毫米波绕射辐射振荡器的高频特性.利用线性理论和PIC模拟相结合的方法对器件的高频特性进行了比较仔细的分析.分析结果表明,合理地选择电子注的参量(电流、电压)及高频结构的尺寸(波纹深度、半径、周期等)可以获得较高的输出功率并且具有较好的频谱纯度.

用等效电路法分析了热阴极微波电子枪的功率自洽过程,给出了微波功率、无载耦合度、束流负载、加速腔参数之间的解析关系式和最佳耦合度的计算公式,阐明了无载耦合度与有载耦合度的关系,分析了枪宏脉冲内微波耦合状态的变化过程,并与实验结果进行了对比,对高占空因子热阴极微波电子枪调束实验中微波反射波形发生较大变化的实验现象进行了分析.

将爆磁压缩发生器等效为电流源,利用电路模拟程序对爆磁压缩发生器通过脉冲变压器对脉冲形成线充电过程进行了分析,结果发现这种分析方法可以准确地模拟爆磁压缩发生器通过脉冲变压器对脉冲形成线的充电过程,与实验结果吻合较好.利用这种模拟方法和实验验证的结果,得出了一些重要的结论,增加变压器的耦合互感特别是变压器的副边电感和爆磁压缩发生器负载电流斜率可以明显提高充电电压的幅值,调制器的水介质电阻率对于充电幅值有一定的影响,这些结论对脉冲变压器和爆磁压缩发生器的设计具有一定的指导意义.

设计研制了一种chopping-peaking组合开关型高功率双极脉冲形成装置,通过调节两个开关的导通时刻来得到不同形状的双极脉冲.理想情况下,形成的双极脉冲电压峰-峰值等于入射脉冲峰值电压的2倍,实验中入射脉冲峰值电压为205kV的单极脉冲,获得了最大峰-峰电压为360kV的双极脉冲,是入射脉冲峰值电压的1.76倍.双极脉冲的持续时间可以改变,最大值为单极脉冲的脉宽.入射脉冲上升时间越小,得到的双极脉冲峰-峰电压就越大.

用SUPERFISH程序对非均匀三腔谐振腔的高频特性进行了数值分析.分析了各腔长度的变化对类TM₀₁₀2π/3模式及其频率、各腔纵向场分量E_z大小及E_z径向分布的影响.结果表明:当各腔长度变化时,该模式只在一定范围内存在,且频率变化不大,频率的最大值和最小值相差小于4%;当该模式存在时,第一腔长度越小,则第一腔的纵向场分量越大;当第一腔长度不变时,第三腔的纵向场分量随着第二腔长度的增大而增大,而第一,二腔纵向场分量则随之变小;各腔长度变化对纵向场分量的径向分布影响很小.

定义了相对论磁化运动等离子体(MMP)的物理模型.利用微扰理论导出了系统的介电张量,研究发现,MMP具有完全不同于静态磁化等离子体介电张量的形式.对电磁波沿轴向传播的情况进行了数值模拟计算,结果表明,系统的共振频率随等离子体密度的增加而非线性增加,在相同的条件下,右旋波的共振频率高于左旋波的共振频率.对于传播的右旋电磁波,增加纵向磁场,共振频率提高,而对于左旋电磁波,增加纵向磁场,共振频率降低.

介绍了一种根据脉冲电压测量系统的输入输出波形对纳秒脉冲电压信号测量系统进行参数计算的方法和技术,该方法基于最优化原理,并将其应用于快脉冲电压波形的重建.重建的波形用电容分压器实测波形进行了检验,表明重建波形有比用积分器更好的效果.

采用标量网络分析仪(SNA)对毫米波段的Fabry-Perot准光腔进行了品质因数测定.通过纵向半波数的测试确定了谐振峰对应的模式,给出了AV3617测量数据并计算了相应的外观品质因数和固有品质因数,详细分析了扫频测试的误差及其误差来源.分析表明,半功率点的频率测定误差是引起准光腔品质因数测量误差的主要因素;利用扫频源HP83630A较高的频率分辨率,结合参考频标使测试数据的有效位数增加,从而提高了测试准光腔品质因数的精度.

为了提高注入束流的积累,抑制由于注入系统误差引起较大的β残余振荡是非常有必要的.较系统地介绍了利用合肥光源逐圈测量(turn by turn)系统^[1],研究束流不稳定性,并给出了抑制注入β振荡的反馈系统设计原理和线路及初步实验结果.作为原理论证和预研,使用了一个相对简单的模拟滤波移相器对Kicker过程激发的β振荡进行反馈,得到了明显的对damping时间和振荡幅度的抑制作用,为以后低频和高频逐束团(bunch by bunch) 反馈系统研制和抑制束流的横向和纵向不稳定性的研究打下了良好的基础.

用解析法和Monte-Carlo法研究了钨球闪光X光照相的散射照射量空间分布随钨球半径、系统中元件构成以及保护器件与记录平面间距的变化规律.指出散射照射量的空间分布是不均匀的,它随球半径增加而变大;保护器件是散射照射量的主要来源,增加从保护器件到记录平面的距离,可以降低散射分布不均匀性,以及有效地减少散射.

为满足兰州重离子加速器的实验要求,在14.5GHz高电荷态ECR离子源上做了一系列产生金属离子的实验,尝试了多种方法,包括炉子加热及MIVOC(Metallic Ion form Volatile Compounds)两种方法,其中,用炉子做的结果较理想.实验主要研究了铜、锌、镍多种电荷态离子的产生,具有代表性的是39euA的 Cu³⁺,30euA的Zn¹⁵⁺和29euA的Ni¹⁰⁺.分别给出了这三种金属离子产生的多电荷态束流峰谱图,以及实验的一些其它现象及结果,并对其进行了讨论与总结.

利用2.5维KARAT软件对高功率离子束在偏压电荷收集器内部的电荷输运过程进行PIC数值模拟,模拟结果表明在偏压电荷收集器内部电荷中和而电流不中和.在模拟中考虑了收集器的几何尺寸和离子束密度,因此模拟结果比一维数值计算的结果更为可靠.同时还模拟了偏置电压与电荷收集器离子收集效率之间的关系,对于峰值能量为500keV的高功率离子束,偏压为-800V即可满足测量要求,这一结果与实验吻合较好.

对亚纳秒气体开关的放电过程,提出了气体击穿阶段的物理与数学模型以及数值计算方法,并对氢气和氮气的这一击穿过程进行了数值仿真.对于1mm氮气间隙,计算了充电电压波形为纳秒级上升的斜角平顶波时,开关放电时延以及击穿电压随气压和充电电压上升时间的变化.对于氢气,利用美国Sandia实验室的一个实验结果对数值仿真方法进行了验证,所得到的计算结果与实验结果很好地吻合,初步表明所建立的物理模型与计算方法的正确性.

主要介绍为了满足神光-Ⅱ高功率激光装置三倍频光(351nm,3ω)的物理实验要求,靶场三倍频模拟光源和瞄准监视系统两个主要单元技术的改进,即三倍频模拟光源由基频光(1 053nm,3ω)通过腔外的KTP+BBO晶体倍频获得,再经八路分光系统和主激光耦合;瞄准监视系统由透射式光学系统改进为反射式光学系统,避免原系统存在较大的色差,提高瞄准精度.