利用双光束电子散斑干涉法(ESPI)对试件受热变形进行了实时观测,针对一次实验过程中得到的图片较多(300～500幅)的特点,在图像处理时摒弃了以往的手动识别等位移线的办法,用MATLAB语言编写了批处理程序,能够在采集的大量散斑图片中自动快速准确地标定等位移线.得到相应的位移和应变.并结合实时测量的温度值,获得了45钢和LY12铝合金在不同温升率下的热膨胀系数及其随温度的变化.实验结果表明,在涉及的温升率范围内,温升率的改变对材料热膨胀系数的影响不明显.材料的热膨胀系数随温度的升高略有上升.

对飞秒激光辐照下硅光电二极管损伤阈值进行了实验测量,对从ls到60fs不同脉宽激光辐照下硅光电二极管损伤阈值进行了讨论.实验数据表明,在ls到10ns脉宽范围内损伤所需能量密度近似而非严格地与脉宽的平方根成正比.信号分析表明硅光电二极管的损伤主要由热效应造成,而60fs激光辐照下的损伤阈值为0.1J/cm²,明显偏离普通温度分布预言的趋势.

介绍了高功率激光二极管不同模式的失效机理,分析了激光二极管不同的寿命测试方法;在冷却水温20℃和实际工作温度下分别对封装的激光器进行了寿命测试.根据试验结果得出退化率,推算出准连续二极管激光器在水温20℃,电流90A,占空比为10%(500Hz,200μs)时,平均激光工作寿命为2.19×10⁹次脉冲;冷却水温35℃时,其平均激光工作寿命下降为1.65×10⁹次脉冲.由实验结果分析得出,高功率激光器封装工艺中的焊料沉积和多层焊接技术,以及工作环境温度是影响激光器可靠性和寿命的关键因素.

在阐述了用台阶法测量辐射成像系统扩展函数(SF)的原理基础上.针对该方法所产生的误差情况进行了分析.并对各种因素(如台阶与光轴的夹角、台阶与光轴的距离及台阶厚度等)的影响程度作了详细的对比,获得了测量系统扩展函数实验布局的指导原则.同时指出了在该类测量实验中应注意的问题.

横向激励大气压(transversely excited atmospheric,TEA)CO₂激光器的放电稳定性是决定该类型激光器应用效果的关键因素.通过对采用电感充放电电路的紫外预电离激光器的实验研究,得到了激光器放电动态过程的规律,并发现残余振荡是主放电后发生弧光放电的主要原因.实验中采用不同配比的气体,并对电感充放电电路与改进后的硅堆充放电电路进行了比较.实验结果表明:增加充电电感值可以降低主放电结束后储能电容上的残余电压;而采用硅堆放电电路在主放电后仅有相对幅值很低的稳定残压,两种方案都大幅度抑制了弧光放电的形成,有效地提高了激光单脉冲能量.

利用变换圆图解分析方法,分析了一种新型锁模激光谐振腔,它不同于通常Ti宝石锁模激光谐振腔,在这种新型锁模激光谐振腔中使用了分离的激活介质与克尔介质.可输出能量达23mJ的基频脉冲序列以及13.5ml的倍频脉冲序列.

通过仿真计算分析了激光在光束控制系统通道内传输所产生的热效应及其对远场光束质量的影响.激光传播由近轴波方程描述,用快速傅里叶变换技术求解;激光热效应引起的流场密度变化采用完全Navicr-Stokes方程计算.计算给出了不同波长、不同吸收系数条件下的远场光斑情况.计算结果表明,在典型的工作条件和状态下,较高能量激光在光束控制系统通道内产生的热效应影响不容忽视,它会明显降低远场目标处的能量集中度,增大光斑的发散.

使用傅里叶级数与有限个复高斯函数之和的乘积作为硬边光阑的窗口函数的近似式,提出了含硬边光阑近轴ABCD光学系统对光束变换的改进算法.以高斯光束的变换为例,推导出了一个表示为初等函数之和的近似解析传输公式.给出了数值计算结果,并与直接积分Collins公式和使用Wen方法的结果作了比较.研究表明,改进算法能兼顾计算精度和机时,并能用于远场和近场.而使用Wen方法时,在近场(小于0.12倍菲涅尔距离)有明显误差.

从LD泵浦固体激光器优化设计原则出发,设计了一种微型二极管泵浦激光器,并对种子激光器的结构和参数进行了优化.该激光器运转稳定,输出光束质量高,光束发散角小,光-光转化效率为17.4%,斜率效率可达24%,输出功率可达80mW.将此种子激光注入到调Q激光器中,改善了调Q激光器的输出特性,使得激光脉冲的建立时间缩短了40ns,输出的横模场分布得到了明显改善.

利用三维空间光线追迹法,分析了啁啾脉冲放大系统中的压缩光栅对,在刻线不平行而光栅面平行时光的衍射特性.导出了此时光通过光栅对的群延时,数值计算了系统2阶和3阶色散量,以及这些色散量在光栅对严格平行时的相对误差.得出了中心波长光的接收位置相对于光栅对严格平行时的偏移量,并且分析了它与人射角的变化关系.

在同时考虑非线性折射和非线性吸收的情况下,借助光的衍射理论,研究了Z-扫描技术的衍射理论模型,分析了非线性折射和非线性吸收同时存在时Z-扫描曲线的形状特征和变化规律.数值计算表明,非线性吸收相移和非线性折射相移的比值是影响接收小孔输出光功率的重要因素.要想得到好的光限幅效果,应选取非线性相移比值远小于1或远大于2的非线性材料.

对线性化后的非线性薛定谔方程进行了求解,导出了光纤中传输的扰动场复振幅的实部和虚部的解析解.这些普适的表达式表明:在传输距离不太长的初期阶段,扰动的虚部和实部以及幅角的演化都对输入条件十分敏感;在传输距离趋于无穷大时扰动电场增益系数趋于渐近值;波数在初始阶段随传输距离变化,只有当传输距离足够大时才趋于一个常数.

详细研究了准分子激光光束均匀性的各项评价指标,加工窗口描述了加工任务本身对光束均匀度的要求;能量分数回答了具体加工窗口即均匀度要求下的能量利用率问题;平顶因子则描述了整个光斑能量分布范围内的均匀性问题.利用激光波面分析仪对不同均匀器所获得的均匀光束进行评价比较,蝇眼透镜均匀器能量利用率高,整个光斑内的均匀效果好,但最佳均匀截面的位置动态范围小;组合棱镜均匀器均匀截面动态范围大,但整体均匀效量较差.

介绍了主脉冲和预脉冲的产生电路、预-主脉冲延时触发的方案以及对预-主脉冲的联调结果.毛细管放电X光激光装置经改造后,抑制了原有电流幅值过大的预脉冲,外加预脉冲发生器可以提供幅值几十A的预脉冲.预-主脉冲的联调结果表明,预脉冲的电流为20A,主脉冲的第一个峰的峰值电流为40.1KA,前沿为26.6ns,脉宽38ns,预-主脉冲之间的触发延时在3～50μs之间可调.

以聚-4-甲基-1-戊烯为泡沫骨架,二茂铁为掺杂材料,通过热诱导倒相技术制备出铁掺杂聚合物泡沫.掺杂泡沫的实际密度均高于理论密度,且沿轴向从上至下逐渐增大.在理论密度不变的情况下,掺杂泡沫实际密度随掺杂元素原子百分含量的升高而呈降低趋势.与PMP泡沫相比,掺杂泡沫的孔洞直径分布变宽且网络骨架尺寸有变大的趋势.

用2D3v PIC粒子模拟方法得到了超短脉冲超强激光与固体靶相互作用中高能离子产生的图像,并对其机理进行了研究.在靶前后表面都观察到了高能离子的产生,并诊断了离子能谱.模拟结果表明,在靶前表面所产生的高能离子,角分布较大,在向靶内输运过程中会损失能量;在靶后表面产生的高能离子,定向性很好,能获得很高的能量.模拟得到的离子能量和实验观测结果在量级上相符.

神光Ⅲ的光学系统具有高功率密度运行的特点,对光学元件的抗激光损伤能力等提出了很严格的要求.光学元件内部的微缺陷会引起局域场强增强,采用时域有限差分方法对亚波长量级的缺陷进行了电磁场的数值模拟,并对数值计算的参数选取给出了定量的判断.

模拟分析了光谱色散匀滑技术对衍射光学器件束匀滑性能的影响.光谱色散匀滑技术的使用提高了衍射光学器件的抗波前畸变能力,降低了对加工精度的高要求.光谱色散匀滑技术与衍射光学器件的联用有望满足惯性约束聚变对束匀滑性能的高要求.

采用高功率LDA紧密环绕抽运φ10mm×10mm Nd:YLF和两级双程离轴行波放大结构,实现了对5mm×5mm口径激光的放大.分析并实验研究了在不同抽运电流及不同抽运延时条件下,激光放大器及两级双程离轴放大系统小信号增益的规律.实验得到两级双程放大系统的小信号净增益可达600.

对34GHz基波回旋管双阳极磁控注入枪的优化做了详细的研究和计算,数值模拟了阳极电压、注电流、枪体尺寸加工误差、外加直流磁场等因素对电子枪的影响.模拟结果表明:增大阳极电压不但可以提高速度比,而且可以降低横向速度零散.磁场压缩比减小,使电子注具有最小速度零散的电流值增大;同时,电子注的速度比降低,最小横向速度零散值也增大.必须慎重选择阳极形状,以提高电子枪的性能并保证电子注的稳定性;同时,还发现由于阳极结构的变化导致阴极电场分布的变化,使电子注的注电流在各因子变化过程中出现了微小的扰动.减小B_c可以增大电子注的速度比,还可以减小电子注的横向速度零散,但是当电子注的速度比增大到一定值时,电子注的性能就会变得不太稳定.

介绍了用于34GHz基波回旋速凋管的双阳极磁控注入枪的结构特点.为了准确分析磁控注入枪的束流特性.建立了阴极表面理论模型,用新编制的程序模拟了电子轨迹.模拟和测量结果显示磁场对磁控注入枪的束流有影响.磁控注入枪的束流也与阴极温度和空间电荷效应有关系.

设计加工了一个L波段磁绝缘线振荡器(MILO),并进行了实验研究.在二极管电压为515～538kV,二极管电流为58～61kA的条件下,获得了频率为1.76～1.78GHz.功率为2.2～2.5GW的TM₀₁模高功率微波辐射,功率转换效率为7.3%～7.9%.实验结果与模拟结果符合得较好.

对一种工业用大功率电子加速器(450kW)的加速管中的空间电荷效应作了5点假设,建立了物理模型.对模型的束内外径向电位分布、空间电荷对轴上电位的影响,以及空间电荷力对束流传输的影响等进行了理论分析,得到了束内径向电位分布.结果表明:束流内部径向电位沿径向均呈抛物线变化,并在轴上达到最小值;而空间电荷产生的束内电场与半径呈线性变化;空间电荷不仅会引起轴上电位的跌落.而且对束流有发散作用,特别是在电子速度较低时更为明显.在考虑了空间电荷效应后,强流静电加速管的电场设计关键在加速管的前端,与弱流加速管相比,强流加速管的电场变化要大得多.

针对由于样本数量、测量误差和动态特性等因素,致使采用概率统计方法来对中子发生器的中子测试数据进行统计存在许多局限性和不合理性,讨论了D-S理论中的基本分配、信任函数、上下概率等概念,利用该理论对中子发生器的中子测量数据进行处理统计,最终得到中子产额在一定置信区间内概率分布上、下限值和平均中子产额.与传统的概率统计方法相比,该统计方法能适用于非精确性数据,且不受样本大小的限制.

从热力学的角度,对高功率气体火花开关的电极烧蚀过程进行了理论分析,建立了该烧蚀过程的简化数学模型并进行了数值求解;研究了电极烧蚀深度与密度、定压比热容、熔点、沸点、热导率、熔解热等电极材料特性参数的关系;比较了钨、铜、铝三种常用电极材料的耐烧蚀能力,结果表明钨的耐烧蚀能力最强,铜次之.

为了提高水介质脉冲形成线的储能密度和减小大型加速器的脉冲功率系统几何尺寸,实验研究了水在静压力作用下的耐压强度.简要介绍了液体绝缘介质的击穿机理,在设计的水介质耐压实验装置上研究了去离子水介质在压力作用下的脉冲击穿特性.结果表明,当压强由0.1MPa增加到0.7MPa时,水的击穿场强由25.3MV/m增加到46.7MV/m.

介绍了兰州重离子加速器冷却储存环工程主环注入线四极磁铁谐波测磁系统和谐波磁场测量结果.分析了磁铁误差产生的原因以及磁铁加工存在的问题和注意事项.

使用二维有限差分法分析软件Superfish和三维有限积分法分析软件MAFlA,对142.8MHz次谐波聚束腔的结构进行了模拟和优化研究,给出了聚束腔结构优化设计的步骤和方法,确定了优化后聚束腔的基本结构.分析比较了Superfish和MAFIA两个软件的模拟优化结果,得出了基本一致的结论.还探讨了Superfish和MAFIA在聚束腔设计中的应用方法.

根据磁绝缘特征将PBFA Z加速器的4层圆盘锥形磁绝缘传输线结构分成几段串联的集中电感,结合磁绝缘临界电流、空间电荷限制流、Mendd磁压力平衡及丝阵内爆动力学等计算模型,并引入主要的结构参数,建立4层圆盘锥形磁绝缘传输线的等效电路模型,模型计算结果与实验结果、其它模型计算结果符合较好,模型可以用于定性或半定量设计及分析类似结构的磁绝缘传输线.

高能工业CT采用9MeV电子加速器产生轫致辐射,利用高能X射线能够有效地穿透物质以及不同物质对射线吸收和散射不同这一原理来检查物体内部缺陷或内部结构.加速器电子束的焦点、X射线的最高能量、X射线剂量及均匀性与工业CT成像的质量和速度密切相关;对探测器的电子线路部分进行的X射线屏蔽关系到探测器的使用寿命.X射线测量结果表明,所用9MeV电子直线加速器满足高能工业CT检测的要求.

研究闪光照相中影响材料有效吸收系数的两个主要因素,即X光的能谱效应和散射影响.用Monte-Carlo方法对闪光照相系统的客体各种组成材料的有效吸收系数进行数值模拟;求出不考虑散射而仅受能谱影响的有效吸收系数及其空间分布,发现该分布类似于医学CT数的分布规律,在高光程数对应的位置上该吸收系数较低;也得到了在20MeV闪光机情况下,客体各种组成材料的单个平均吸收系数.结果表明:钨、铝和铁的平均等效吸收系数分别近似为0.830,0.080和0.265cm^-1.

采用Mafia程序设计X波段失谐加速结构,同时利用Largrange插值的方法计算了加速结构的尺寸,得到了加速结构的特性参数和尾场特性.结果表明,失谐加速结构的品质因子(7 926.0～8 012.2)和分路阻抗(89.7～125.1MΩ/m)比较高,与等阻抗加速结构相比,可以使尾场明显下降,从而降低束流崩溃发生的可能性.