自愈式金属化膜脉冲电容器广泛应用于各类激光装置的能源系统中,它的可靠性直接影响到系统的可靠性与运行费用.在参考国外相关研究方法的基础上,分析了金属化膜脉冲电容器的失效机理,提出了一种新的耗损失效模型Gauss-Poisson模型,该模型将电容器的损耗分成自然损耗和突发损耗,与脉冲电容器传统的寿命分布模型Weibull模型相比具有预测更为精确的特点,而且基于该模型的寿命试验具有设计简单、时间较短、费用较低等优点,是一种较好的退化失效模型,应用前景较为广阔.

靶丸内表面掺杂诊断元素可以为内爆压缩界面的研究提供必要的手段.以二甲基二乙氧基硅烷为原料,利用乳液微封装技术和界面聚合技术可以实现单一内表面掺硅的空心聚苯乙烯微球的制备.X光照相和X能谱分析表明:内表面掺硅量比外表面高出2～3个数量级.均匀内表面掺硅层的厚度小于0.3μm,掺杂层厚度越小,均匀性越好.

在靶室阴、阳电极呈水平放置的电磁内爆加速器中,抽真空时电极间距会收缩变短,电极间的丝阵负载无法维持预定的分布状态,为此,设计出了一套单层柱面状丝阵负载制备技术,通过弹簧预先压缩足够长度使负载能自动适应电极间距变化,并利用一套可以拆卸的辅助装置固定负载各部件.对制备出的多种单层柱面丝阵负载的测试及靶场实验结果表明,负载能自动适应电极间距变化,最大收缩量达3mm,负载丝仍保持预定的分布并且绷紧,制备技术也便于负载的装配、运输和安装.

以自制的杂化溶胶对紫外光固化丙烯酸酯胶粘剂进行改性,得到了具有高粘接强度,对丙酮、乙醇、氯仿等具有明显的耐溶剂性的紫外光固化胶粘剂.实验发现:活性稀释剂中含有较多的羟基、羧基时,此胶粘剂对玻璃的粘接强度较高;胶层粘接力随杂化溶胶用量的增加先增大,后减小,当杂化溶胶中的固体质量为光敏树脂的60%时,胶粘剂的剪切强度达到最大(12MPa).

离子温度是托卡马克等离子体一个重要参数,介绍了一套振镜扫描装置,该装置主要由0.5m单色仪和安装在出射狭缝前的振动的石英镜片组成,时间分辨率小于10ms,系统测量误差小于20eV.测量了HT-6M托卡马克CV(227.1nm)谱线的线形,并由谱线的多普勒展宽得出欧姆加热和离子回旋共振加热(ICRH)下的离子温度,结果表明ICRH期间离子温度由200eV升高到300eV.这套装置广泛应用在中小型托卡马克上.

使用PSD作为大口径光学元件表面加工质量的评价参数,针对不同的波前调制进行了初步的模拟计算,得到了不同调制频率和不同调制深度情况下的PSD曲线变化情况.当调制频率不同时,PSD曲线的突变部分会发生相应的频移,调制频率高则突变发生在空间频率较高的频段,同时PSD峰值不变.相对应调制深度不同时,PSD曲线的突变部份峰值发生变化,调制深度大则峰值大,与此同时峰值出现的位置不会发生变化.计算和分析结果表明PSD分析结果能够在频率域反应出元件表面受到的不同程度的调制信息.

为了提高ICF精密制靶的质量,提出用微波等离子体(MP)技术,包括等离子体薄膜制备、等离子体反应性离子束刻蚀、聚焦离子束刻蚀、掺杂纳米金属粉末制备和掺杂纳米金属粉末的表面包覆改性等技术,去加以改进和解决.此方法与其它成膜技术相结合,在ICF精密制靶中得到广泛应用.

用时域有限差分法结合PIC粒子模拟方法,对光电子发射引起的圆柱腔内电磁脉冲现象进行了模拟,并对单能电子发射时电场的空间分布和系统电磁脉冲波形特征进行了分析.利用粒子抽样和间隔时间粒子注入的方法,得到了特定电子发射谱下的计算结果,并与非抽样方法所得的结果进行了比较.计算结果显示,采用该方法后,噪声略有增加,但计算要求的条件大大降低,计算的粒子数有效地减少,适用于3维粒子模拟计算;计算结果还显示,发射电子能谱越高,注量越大,表面电场区与饱和电场区的长度越短.

介绍了一种新型的轴耦合热阴极微波电子枪的设计,该枪采用了缩短首腔以及在首腔与主加速腔间插入耦合半腔的设计思想,在不破坏粒子束性能的基础上尽量减小反轰功率,给出了用Superfish 及Pamela软件进行物理设计以及粒子动力学计算的结果,在脉冲宽度为6μs,重复频率为25Hz时,阴极上平均反轰功率为3.6W,达到设计要求.

采用频域分析的方法,对电-磁振子组合型超宽带天线物理特性进行了研究,结果表明:天线中的电振子和磁振子在波的传输和辐射过程中起互补作用,扩展了小尺寸天线的工作频带,提高了天线的辐射效率.还给出了50cm天线的模拟和测量结果:电压驻波比小于3时,天线带宽大于10倍频程,模拟与测量结果基本吻合.

高功率微波在大气中传输会使气体电离产生等离子体,导致大气的介电常数和折射指数发生变化.介绍了在初等理论条件下各向同性的等离子体中的大气介电常数,给出速度为麦克斯韦分布时电子与分子的碰撞对供介电常影响,并用动力论法导出高功率微波作用下的大气介电常数及修正系数公式.

以波荡器辐射波和共振电子能及混合型波荡器的解析计算为基础,通过3维磁场的有限元计算,在欧洲光源横向优化基础上,给出了同步辐射和自由电子激光用混合型波荡器纵向优化参数,进而给出了用于DUV FEL混合型波荡器的设计计算参数.加侧位和顶部永磁块后,峰值磁场分别提高到0.722T和0.773T,辅助以1μm量级分辨率的磁间隙调节机械系统,磁场分辨率好于10^-4T量级.

运用两电子组模型,考虑了射频放电中的α过程和γ过程两种电离机制,并结合流体模型,研究了中等气压下窄电极间隙容性耦合射频放电在运行模式转变区的等离子体密度以及电离速率分布等特性.理论研究表明,γ电离过程在高电流模式运行中起主要作用,并证实了此类放电中存在显著的电子摆钟效应,具有类似于空心阴极放电的特征.

研究了激光触发多级多通道开关的触发延迟时间及其抖动与激光脉冲能量等实验参量的依赖关系,建立了零维数值模拟模型对实验现象进行了理论解释.实验结果表明:触发延迟时间及其抖动随激光脉冲能量、工作电压、气压上升呈下降趋势;随SF₆-N₂混合气中SF₆体积百分含量上升呈上升趋势.欠压比大于等于90%时200kV原理型激光触发多级多通道开关触发延迟时间抖动小于1ns.

提出有效真二次电子发射系数的概念,并从理论上论述了高能原电子的能量与金属的有效真二次电子发射系数的关系,然后用实验数据证明了该理论的正确性,最后对结果进行了讨论.得到了如下结论:不同入射能量的高能原电子轰击同一个金属发射体时,它们的有效真二次电子发射系数与高能原电子入射能量之积近似为一个常量,有效真二次电子发射系数与高能原电子入射能量成反比.

将感应加速腔的磁芯回路视为一段单匝的非线性电感线圈,利用PSpice的一些通用元器件组成的子电路对含有磁芯的非线性线圈进行模拟,使其具有饱和、磁滞及频率损耗等非线性特征.通过一些直观的参数设置,可使线圈模型适用于不同的频率范围.介绍了利用线圈模型对直线感应加速器加速组元系统的模拟,得到了与实验相符合的结果.

利用闪光照相基本原理和成像原理,在直接记录法和转换屏记录法的情况下,研究了闪光照相中影响X射线在材料中光程确定的主要因素.结果表明,影响光程确定的几个因素是:散射效应、光源角分布效应、立体角效应和能谱效应.对于高能闪光照相,散射效应是影响光程确定的最主要因素,散射的存在使光程的测量值比实际值降低20%～40%.因此必须在做CT之前,对散射的影响进行修正.

采用金属箔电爆炸过程的二维数值计算模型,对含电爆炸金属箔断路开关的电感储能脉冲功率调节系统进行了数值计算.以此为基础,研制出了一种低电感型的电爆炸箔断路开关,并以4μF/75kV脉冲电容器组作为初级能源,13Ω电阻作为负载进行实验研究.研究结果表明:在负载上可获得约250kV,脉宽大于400ns的脉冲电压.

合肥光源储存环为非满能量注入,束流以200MeV的能量注入到储存环后慢加速到800MeV.介绍了慢加速的理论依据及储存环主电源控制系统的硬件结构,详细描述了束流软慢加速方法中的慢加速表计算及慢加速过程控制.机器运行结果表明:软慢加速方法控制灵活,慢加速过程运行平稳,束流损失很少,能很好地满足合肥光源机器运行和研究的需要.

研制了可工作在长导通时间(约1μs)的等离子体断路开关,实验研究了等离子体源参数,包括等离子体枪与主回路之间的触发延时、等离子体枪的工作电压以及等离子体枪的数目对开关性能的影响规律。研究结果表明,开关导通时间和开关电压随触发延时、枪工作电压和数目的增加而增加,但当开关导通时间接近主回路电流四分之一周期时,开关电压呈下降趋势。当Marx发生器工作电压为120kV且采用4个等离子体枪时,实验获得的最大电压倍增系数约为1.8。

强流高功率脉冲电子束聚焦成mm量级的束斑后,打击到轫致辐射靶的过程中会产生回流离子,它会导致电子束被提前聚焦,在预定的靶面形成散焦.描述了法拉第筒对12MeV直线感应加速器的轫致辐射靶面可能和生的离子及其参数进行的实验测验,并对实验结果进行了分析讨论.结果表明在靶前60°～70°方向未发现回流离子.

指出提高微带横截面取样速率的关键问题是传输线多容性负载阻抗匹配,根据分布参数理论和微波传输线理论,提出局部匹配模型,推导出阻抗匹配计算公式.数值模拟和电路仿真结果表明,局部补偿匹配法对不同工作频率下的多负载电容ps脉冲传输线均可进行较好的补偿,传输线上的各点取样波形失真度很小,补偿效果明显,可以提高微带横截面取样速率.

基于热传导方程和热弹方程,利用有限元分析方法,就光斑尺寸远大于或接近于基底材料热扩散长度的情况以及反射镜在固定或自由的边界条件下,分别计算了硅和石英两种基底材料多层膜红外连续激光反射镜的最大温升、最大形变及最大热应力,并探讨了它们随光斑尺寸的变化规律.结果表明:在自由边界条件下,反射镜表面的最大轴向位移与光斑半径之间近似为线性关系;而在固定边界条件下,反射镜的最大热应力与光斑半径之间近似为线性关系;反射镜的夹持状态对最大轴向位移及最大热应力的影响随着光斑尺寸的增加而增强;在相同的入射激光光源及相同的边界条件下,硅镜具有较低的温升值或较高的抗热损伤阈值,而石英镜具有较好的抗热畸变特性.

利用回音壁模式微球腔的高Q谐振原理,可以获得微球激光.研究了微球腔的特点和微球激光产生的原理,介绍了单量子点、表面栅耦合和光纤耦合三种微球激光器,讨论了获得高Q值微球腔的方法,提出采用半导体纳米微球及通过旋转电弧或者旋涂方式制成的玻璃微球,给出了微球激光器的几种应用以及当前国内外最新进展.

以充压圆筒在强激光辐照下的变形与破坏响应为研究目标,首先利用相似分析方法,主要采用了方程分析法和量纲分析法,确定了相似准则.然后利用ANSYS有限元程序,模拟了三组几何和物理相似的大小模型.通过对计算结果的分析表明,满足相似准则的大小模型,在相应的时间和空间,相对的物理参量是一致的.

基于NVL75,FLIR92和CFLIR国内外3种不同的热成像系统静态性能模型,采用静态性能参量MRTD建立对面目标的视距估算方程,并通过CFLIR40软件计算,比较不同模型下视距估算结果,得出:凝视型热成像系统在CFLIR模型下计算得到的MRTD值比FLIR92模型计算得到的MRTD值更接近实际测量值;在基本参数相同的条件下,利用MRTD估算的凝视系统的视距远远优于扫描系统的视距;对凝视型系统,从视距估算的结果来看,CFLIR模型略优于FLIR92模型.

分析了角锥棱镜对光束的相位变换作用,带二面角误差的角锥棱镜可等效于6块光楔的组合,其楔角的大小和方向由二面角误差决定.对在腔内往返传输的光线在镜面上的位置进行了分析,结果表明:3个二面角误差相同且不为零的角锥棱镜构成的谐振腔为约束非稳腔.用Fox-Li迭代法数值模拟得到了不同棱镜二面角误差情况下的谐振模式.模拟结果表明:圆形镜腔情况下基本振荡模式接近于TEM₀₃模的拉盖尔高斯光束;当3个二面角误差不相同时,模式中各个区域的强度分布不对称.采用3个二面角误差基本接近且绝对值较小的棱镜可以提高光束质量.

用3维实体单元来模拟激光辐照下充压柱壳的应力和应变分布,在光斑边缘采用棱锥单元来处理过渡区,分析了柱壳裂纹萌生的可能位置和条件.通过计算发现:外热源加载的柱壳在时间较短、内压足够大时,裂纹可能会在光斑边缘处产生并扩展开来;在功率相同的条件下,小光斑辐照时易产生裂纹,功率密度相同时,大光斑辐照下易产生裂纹,说明柱壳破坏的一个因素取决于功率密度;柱壳在不同时间,应力与抗拉强度之比分布不同,过光斑中心的柱壳母线上的环向应力在柱壳裂纹的萌生中起主要作用.

在约束结构下用短脉冲强激光对不同形状的铝片进行了冲击对比实验,研究了约束层和表面黑色涂层的作用.进行了水约束层作用的实验,所得的应力波强度与无约束层时相比有大幅度提高,但低于理论预测值.比较实验结果发现,黑色涂层更主要的作用是防止靶表层的烧蚀破坏,而冲击过后剩余的涂层会明显地衰减传向靶中的应力波.对于实际工程应用中有重大意义的非规则平面情形下的约束机制,实验表明,在曲率半径大于400mm时平面约束结构的作用依然有效.

将两块液晶电视(LCTV)通过中继成像方式级联,一块用于模拟小尺度畸变波前,另一块用于控制和衰减前面的小尺度畸变,通过环路径向剪切干涉(CRSI)装置对畸变波前的控制结果进行检测,从实验上实现了LCTV对激光光束小尺度波前畸变的控制.从理论上对实验原理进行了分析,给出了补偿后波前存在剩余波前起伏的合理解释.

通过建立物理模型,求解层流N-S方程,用数值方法模拟了二维热射流流场的有序大涡结构,计算了流场不同流向位置的光程值,分析了射流流场混合层的光学特性,得出了气动光学流场由于流场中大尺度涡结构的存在所引起的光学不均匀性,大涡结构中奇点所导致的光学畸变最大,在一定条件下大涡结构有散焦作用.

只考虑腔长失调因素下建立了反射率模拟测量的理论模型.根据高斯光束传输规律分析了腔长失调对衰荡腔模式耦合的影响,推导了腔长失调与谐振腔输出脉冲信号、衰荡信号与反射率之间的关系,模拟了腔长失调在±10mm范围内的光脉冲衰荡现象.结果表明:对于光敏面直径为ф0.2mm的高速探测器,为了保证10^-6的测量精度,腔长的失调量应控制在±1mm之间.在光路调节中采用具有对数变换功能的示波器和动态范围较大的探测器,可以提高测量精度.

对氧碘化学激光器的单重态氧发生器(SOG)进行了改进,采用横向射流方式,并对该横向射流式单重态氧发生器的性能进行了检测.实验中过氧化氢碱溶液温度控制在-16℃左右,氯气流量为530mmol/s,He与氯气的流量比为3;采用PS法测量单重态氧分子的产率,吸收法测量氯气的利用率和相对水含量.得出如下结论:在不使用冷阱和分离器的情况下,最高单重态氧分子产率达到58%,氯气利用率在80%以上,相对水含量小于等于0.5;气体达到最大流量时,发生器仍然能稳定地工作.