激光束光路自动准直系统用于神光-Ⅲ原型装置光束精密准直.针对神光-Ⅲ原型的总体要求和主光路,结合光路自动准直的关键技术,充分考虑了其4程放大主空间滤波器的4个小孔空间分布和光学位置的特点,利用小孔像传递的原理,设计出一套优化、合理的4程放大的光路准直总体方案,并且在多程放大实验平台上得到了充分的验证和考核.

激光在大气湍流中长距离近水平传输时,闪烁加强,限制了常规自适应光学的校正能力.数值研究了大气闪烁对自适应光学校正的影响,拟合得到了在Fresnel数一定时,Strehl比与Rytov方差的表达式,以及Rytov方差一定时,Strehl比与Fresnel数的表达式.结果表明,在Rytov方差较小时,纯相位校正Strehl比只与Rytov方差有关;随着Rytov方差的增加,Strehl比不仅与Rytov方差有关,还与Fresnel数有关,Fresnel数越大,校正Strehl比越大;大发射和接收孔径有利于提高校正Strehl比;在一定的Rytov方差下,Stregl比随Fresnel数增大而增加,逐步趋于饱和,达到纯相位校正的极限.

利用光路追踪程序,对于不同光纤参数条件下半椭球形和子弹头形光纤传感探头的耦合特性进行了研究.研究结果表明:对于半椭球形探头,当长短轴之比在1.15和1.3附近时存在一个耦合最佳结构;而对于子弹头形探头,仅变成圆形时为最佳.这两种探头容易制作,半椭球形探头的耦合效率高于子弹头形.

能动抛光磨盘实时产生不同的表面变形,在对大口径非球面光学元件进行精磨和抛光时实现与工件表面良好的大尺寸吻合,可以消除传统光学加工采用小尺寸磨头时带来的高频残余误差并提高加工效率.以加工直径φ1.3m左右,F/2的抛物面光学元件为例,对能动磨盘在不同离轴度时能够产生的变形进行了计算和实验.结果表明,能动磨盘能够以较高精度产生旋转对称或非对称的抛物面形状.对能动磨盘产生变形后的残余误差进行了分析.

对Cl/HN₃/I₂产生NCl(a)/I激光的过程进行了化学动力学计算,主要考察了Cl,HN₃和I₂的初始粒子数密度及其配比对小信号增益系数的影响.结果发现,当温度为400K,初始Cl粒子数密度为1×10¹⁵,1×10¹⁶和1×10¹⁷cm^-3时,小信号增益系数分别达到1.6×10^-4,1.1×10^-3和1.1×10^-2cm^-1,获得最佳小信号增益系数的HN₃和I₂的初始粒子数密度分别为初始Cl粒子数密度的1～2倍和2%～4%.同时,对Cl,HN₃和I₂配比对小信号增益系数和增益持续时间的影响进行了讨论.

在对流层(小于12km),由于大气中气深胶的存在,传统的利用大气中瑞利散射光谱测量大气温度的方法具有一定的局限性.借助傅里叶分析方法对不同高度的大气后向散射光谱通过碘吸收池所产生的不同透过率曲线进行处理,同时考虑了对流层中气深胶的影响,可得到对流层中不同高度、不同大气后向散射比条件下的温度轮廓线.

针对激光近炸引信不断向中小口径方向发展,体积不断缩小,引信的内部干扰特别是电源方面的干扰变得愈来愈严重这一情况,在参考大量文献的基础上,根据脉冲激光引信电源的模型和实际电路,分析了脉冲激光引信电源干扰原因,通过不断试验和总结,设计了一种方便实用的多重滤波器,解决了因体积小而引起的激光引信内部电源干扰问题,并且得到了满意的效果.

对高功率激光系统中存在的一种类似于小尺度自聚焦的非线性过程--"热像"效应进行了理论分析和模拟计算.当一束经过遮光物调制的激光光束通过非线性介质后,在随后的光路上将产生一个亮点,即"热像"."热像"处的光强比背景光强大几倍,因此位于"热像"附近位置的光学元件很可能遭受损伤.从全息成像的角度对"热像"的形成过程进行了分析.结果表明:"热像"的位置处于以非线性介质为中心与遮光物大约对称的地方,"热像"的光强是原始光强的(1+B)²倍.计算机模拟与理论计算结果吻合较好,验证了上述结果.

分析了平板窗口在激光加热和内外压强差作用下对光束带来的附加相移,详细讨论了应力双折射部分的相移,计算了CaF₂窗口的温升、应力、附加相移、远场Strehl比和退偏度等的分布.结果表明:窗口变形和折射率随温度变化是产生附加相移的主要原因,窗口的非均匀温升将导致光束质量下降,应力双折射部分的相移与窗口表面Miller指数有关,对入射光产生一定的退偏效应,从而影响光束质量.

用3TW超短超强激光器进行了激光与固体靶相互作用实验.采用电子角分布仪和LiF热释光探测器探测了超热电子的角分布.测量结果显示:能量较高的电子发射的定向性好于能量较低的电子;能量较低的电子呈溅射状发射;能量较高的电子发射出现两个尖锐的发射峰,其中,激光反射方向的超热电子发射峰则由反射激光、有质动力径向分量、侧向拉曼散射等加速机制共同作用的结果,靠近靶法线方向的超热电子发射峰是由其振吸收机制产生,且理论预言与实验结果相吻合.

利用OMA光学多道分析谱仪,分别在激光镜反方向和接近靶面法线方向测量了2倍频谐波的精细结构.在激光功率密度为5×10¹⁷W/cm²的条件下,通过散射光2倍频谐波谱的精细结构,回推出激光与等离子体相互作用中产生的自生磁场达100T量级.

在HT-7托卡马克等离子体长脉冲放电过程中,作为直接面对等离子体的第一壁——限制器表面的温度变化及其随的能流密度的计算,对于判断限制器的作用和对等离子体的影响都有非常重要的意义.主要从测量到的距离限制器表面3mm处温度变化曲线,采用无限大平面模型计算限制器模头表面能量沉积的能流密度,并讲座了不同等离子体放电下局部点能流密度的差别.多数长脉冲放电下,少数局部点的温升超过1 000℃.最大能流密度超过10MW/m²;但通过对等离子体位移的控制,局部点温升被抑制,高密度能流持续进间短，有利于长脉冲放电.同时对限制器结构和材料对模头温度的影响也做了比较详细的分析.

采用理论模拟和实验研究相结合的方法,研究了高功率激光片状放大器中的自发辐射放大(ASE)效应.建立了一套较完整的包含空间和时间的3维ASE模型,分析了不同电压、不同储能分布和不同泵浦时刻、不同增益长度积条件下ASE效应对放大器储能效率和小信号增益系数的影响.对4×2×3组合式放大器的计算结果表明:随着泵浦电压升高,ASE效应明显加强;23kV泵浦电压下,ASE效应造成的平均储能下降21.0%,小信号增益系数损耗为16.62%,增益不均匀性为7.44%;增益长度积可以作为判断ASE效应的依据,其值越大,ASE效应越强.

针对惯性约束聚变(ICF)物理实验要求,提出并采用真空扩散连接技术,在高温环境下对Al/Cu薄膜进行连接研究.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪以及台阶仪等方法对连接样品基体组织和表面质量进行分析.结果表明:铝铜薄膜通过界面原子间的范德华力、冶金结合以及界面反应实现无胶连接.

研究了不同衬底-阴极距离、直流电压和H₂流量对a-CH薄膜沉积速率的影响.结果表明:衬底-阴极距离必须大于0.5cm,随着该距离的增加,薄膜的沉积速率减少;直流电压达550V时沉积速率最大;随着H₂含量的增加,CH₄含量相对减少,沉积速率随之降低.用AFM观察了以该方法制得的448.4nm CH薄膜的表面形貌,表面粗糙度约为10nm.最后测出了不同条件下CH薄膜的UV-VIS谱,由此可以计算得到薄膜的禁带宽度及折射率.

从Maxwell方程出发,得到了X射线光束在非均匀等离子体介质中传播的类衍射积分解,并从理论和数值模拟上着重讨论了折射率梯度效应对光束参数的影响.结果表明,在等离子体电子密度分布较高的区域,梯度效应明显,它直接影响光束的光强分布、衍射效应和光束的偏转程度.

准分子激光在激光光刻和微细加工中有广泛的应用,要求激光具有好的稳定性和光束波面均匀性.介绍了准分子激光的波面特性以及波面分析测量技术.用波面分析仪对XeCl和ArF激光特性进行全面的测量和评估,给出了主要参数的测量结果,重点分析了光束均匀性.

采用旋转镀膜工艺和紫外光固化技术在石英基片上制备出了快速固化的丙烯酸酯/二氧化硅有机/无机杂化单层宽带光学增透膜,考察了丙烯酸酯与正硅酸乙酯的物质的量之比对薄膜增透性能等的影响.实验结果表明,该比值为2.0时,增透膜的最大透射率为99.0%,采用旋转镀膜工艺制备的有机/无机杂化单层增透膜在425～1060nm的较宽波段范围内透射率均达98%以上.

液溴与聚-4-甲基-1-戊烯(PMP)的四氯化碳溶液反应,在光照条件下得到溴代PMP,通过红外与元素分析确证了其结构.并通过热重分析对其性能进行了初步的研究.研究发现,在光照条件下溴原子很容易与PMP中叔丁基上的氢原子发生取代反应,得到化学掺杂溴原子的聚合物.该聚合物在150℃以下比较稳定,在150℃以上就会失去HBr.采用此种方法,可得到掺杂均匀的低密度材料.

利用半导体激光器(LD)连续单端泵浦Nd:YVO₄晶体,实现了声光调Q输出1 064nm的短脉冲.分析并用实验验证了不同透过率输出耦合镜及不同重复频率条件下,输出调Q脉冲能量、脉冲宽度及平均输出功率的规律.在泵浦功率为20.7W,重复频率为50kHz时,获得了最大平均输出功率为5.72W的脉冲,光-光转换效率为28%,斜效率为32.4%;在重复频率为10kHz时,最大单脉冲能量为0.286mJ,脉宽为22ns,峰值功率为13kW.

分析了高功率固体激光能源系统新型放电回路中引燃管的自闪原因,提出引燃管同轴安装结构,利用同轴结构的负反馈作用,把放电电流控制在引燃管中央;同时利用同轴结构的电场屏蔽作用,进一步减少水银在管壁的凝结.在4×2×3片状放大器2000发次的运往中,引燃管没有发生自闪现象.

利用优化算法进行天线的自动设计是现代天线研究的一个重要趋势.采用NEC(Numerical Electromagnetics Code)天线数值计算程序和遗传算法,结合并行计算技术,实现了对螺旋天线的自动设计.在轴向模辐射,螺旋轴长80cm内和频率为600MHz的条件下,设计了增益高达12.68dB的均匀螺旋天线,比传统设计方法高3.28dB;在400～800MHz的频带内,对变形螺旋天线之一的锥削螺旋天线做了高增益设计,平均增益达12.28dB;对锥削螺旋-圆锥喇叭天线进行了优化设计,得到了比普通螺旋天线更佳的辐射性能.这些设计结果都是传统天线设计方法难以完成的,表明自动设计具有比传统天线设计方法更大的灵活性和更强的设计能力.

给出一种新型核电磁脉冲辐射波模拟器天线,并用时域有限差分方法分析和优化天线的结构.天线的激励源是由同轴线馈入的强电压脉冲.优化了平行板传输线和TEM喇叭的尺寸,并对天线的近场进行分析,给出了天线尺寸对近场特性的影响.数值模拟结果表明,在距离天线口径100m处的电场强度可达20kV/m.

研究了金属壳体和电缆遇到高空核爆炸产生的脉冲X射线辐射时的系统电磁脉冲响应,讨论了系统电磁脉冲产生机理、幅值和对系统的耦合途径.通过对计算和试验数据的分析,获得了金属壳体模型和单电缆及双电缆的系统电磁脉冲响应数据,简要分析了壳体的系统电磁脉冲损伤薄弱环节.

提出了一种新的高功率宽带放大器,它由速调管和自由电子脉塞组成,用永久周期磁铁聚焦.研究了这种器件的电子束聚焦、群聚和辐射.在速调管提供一阶调制系数为30%,波导管的半径1.51cm,摇摆器的磁场振幅0.16T,周期7.92cm,电子束的电压490kV,电流50A和半径0.368cm的条件下,预估这种器件的辐射波频率为11.4GHz,输出辐射功率为18MW,输出辐射带宽为44%.

分别采用有限元算法软件(HFSS)和有限积分法软件(MAFIA)对相对论行波管盘荷波导慢波结构进行建模,求出了相应的色散曲线.在此基础上设计了可用于相对论行波管的一种宽带和一种窄带的盘荷波导结构.加工了它们的冷测模型,测试曲线和模拟曲线吻合很好,从而验证了这两种软件尽管计算方法不同,但都可以对行波管慢波结构本征值问题进行求解.

采用数值方法系统地分析了HLS储存环磁铁安装误差对束流闭轨的影响,发现造成闭轨畸变的主要原因是四极铁在横向位置的安装误差和二极铁在束流方向的旋转,并给出了它们的放大因子;同时对横向发射度的耦合进行了研究,发现造成垂直方向发射度增加的主要原因是闭轨畸变;在综合考虑各种误差的情况下,提出了需要对各种磁铁进行进一步准直的要求.

介绍了一种可调的高压脉冲发生器,该发生器主要由储能电容器组、氢闸流管、电压调节器、保护电路、高压变压器等部件组成.储能电容器组的电容量、充电电压和与高压变压器的连接端口可灵活地进行调节,从而使高压脉冲发生器可产生正极性或负极性,脉冲底宽为1.4～4.3μs,脉冲幅度为10～200kV的高压脉冲,脉冲的上升沿在0.4～0.6μs之间.该高压脉冲发生器有较强的带负载能力,外接负载只要大于1.2kΩ就能保证性能的稳定.

激光与相对论电子束的康普顿散射可产生高亮度、超短脉冲、辐射波长可调、峰值亮度高的准单色、极化X射线.这是一种新型的激光同步辐射光源,以其造价低、小型紧凑等特点受到人们的重视,成为当前研究的热点.介绍了激光同步辐射光源的性质和特点,对利用北京大学超导加速器装置的电子束产生激光同步辐射进行了初步计算和设计,该波段X射线显示出了诱人的应用前景.

主要介绍了合肥光源储存环上,正在应用和改进中的逐圈测量系统的定标和灵敏度;比较和分析了利用该系统获得的储存环200MeV 和 800MeV damping时间测量结果;在环注入调试中发现了束流积累限制的原因.它不仅可测到储存环的damping时间、beta振荡幅度和工作点瞬时变化,而且是研究抑制环的束流不稳定性和提高注入积累效率的重要测量手段.系统使用对数比电路完成位置信号处理,具有宽的动态范围和带宽以及好的线性度和稳定的运行性能,而且造价低廉,易实现.

电荷放大器是粒子描迹仪系统中一个重要组成部分,它的目的是把多丝正比室输出的弱电信号进行放大并处理为准高斯信号以供CIA(电流积分型ADC)电路进行数字化.整个电路主要包括放大、成型两个部分.可把不同幅度的输入脉冲放大成型为宽度600ns的准高斯波形.