基于分束镜反射率和透射率的乘积为衡量标准的原则,设计了13.9nm软X射线激光干涉测量所需的多层膜分束镜,用磁控溅射法在有效面积达10mm×10mm,厚100nm的氮化硅窗口上镀制Mo/Si多层膜,实现了分束镜制作.用表面轮廓仪实测分束镜面形精度达到nm量级,同步辐射反射率计测试表明,分束镜的反射率和透射率乘积约4%.

用37单元哈特曼-夏克波前传感器以419Hz的帧频对加热的扁喷管气流的气动光学特性进行了测量,采用模式法进行波前重构,从而得到观测孔径内该低速热射流所造成的光程差分布,进而计算出其Strehl比,时间序列结果反映了它们的动态过程.实验给出了4.3～8m/s及44～85℃的中心平均空气流速和温度的几种不同气流参数下的光程差分布,用相关的方法得出剪切层中相干结构(涡)的流动速度,结果表明,剪切层中相干结构引起的光程差分布及Strehl比随气流参数而变化;当高于65℃时,温度的影响不明显.

报道了一台灯泵浦大功率连续Nd:YAG激光器.对影响大功率固体激光器模块输出功率和光束质量的主要因素进行了理论分析,并提出提高激光器效率的措施:对聚光腔的形状、结构和材料以及冷却方式,泵浦灯的参数和材料,激光晶体的参数和镀膜进行优化设计,采用径向固定的谐振腔镜.该灯泵浦YAG晶体棒总体电光转换效率为4%,光束质量为22mm·mrad,输出功率647W.

在使用温度脉动仪测量温度结构常数时,平均时间长度的选择会影响其测量结果.通过实际测量数据的分析和讨论,确定平均时间应该为10s左右,以得到真实可靠的结构常数.由于温度脉动仪在测量时会受到各种因素的影响,为了筛选掉不可靠的测量结果,提出了一种用温度脉动原始数据来对测量结果进行筛选的方法.该方法首先排除了实验纪录中的错误测量数据,其次对于异常的实验数据,如某一层结构常数数据的异常偏大或偏小,需要根据双点温差原始数据的频谱分析来确认数据是否正常,以进一步排除异常的测量结果,尽可能保证用以统计分析的数据真实可靠.

在非线性光学耦合波方程组中加入聚焦项,使之能够描述聚焦泵浦条件下的受激布里渊散射过程(SBS).利用改进的SBS方程组,模拟了聚焦泵浦条件下熔石英玻璃棒中的SBS过程,给出了SBS反射率与泵浦激光能量的依赖关系,发现散射光脉冲中存在"聚焦刺",并通过分析SBS诱导产生的应力场的特征对布里渊介质的安全性进行了评估,理论分析的结果与Yoshida等人的实验结果一致.

在分析微光电视成像系统的基础上,提出了适用于微光电视成像系统仿真所用的微光场景图像数据的要求及生成方法;针对第二代近贴聚焦系统和第三代像增强系统,建立了微光电视成像系统的能量增益理论模型;引入3维噪声理论模型表征了微光成像系统的噪声;最后,提出了微光电视图像噪声抑制算法的评价方法.仿真结果表明:经微光系统传递后,图像中的高频信息变模糊,加入噪声后,信噪比降低;而经过5帧平均算法后的图像质量明显改善,对比度增加.

报道了一台高效率二极管泵浦Nd:YAG薄片激光器,采用高效均匀泵浦耦合技术,在峰值功率1.008kW,占空比25%,电-光效率大于45%的二极管激光阵列泵浦下,用一块1mm厚的Nd:YAG薄片激光介质,获得了峰值功率404W,平均功率101W的准连续激光输出,光-光效率达到40%,电-光效率超过18%.

利用耦合理论推导了通过外腔反馈实现锁相运行的激光二极管列阵所满足的本征值方程.在忽略非相邻单元间耦合的串联运行方式下,解析求解了包括端面反射的列阵方程的本征值.求出了各阶超模的近场分布,并得到了考虑单个发光单元影响时的远场分布,具体为:当列阵运行于基超模时,近场各个单元间的光场同相,在远场中心位置出现光强主极大;而在其它高阶模式,近场各个单元间光场不同相,远场光强主极大出现在中心位置两侧;远场总体受到单个发光单元近场分布函数的调制.

讨论了高能激光在室内传输通道内的数值模型及其算法.由于室内没有强迫对流(即静风,没有光束扫描),必须考虑热传导和浮力对流的作用.通过比较不考虑室内影响及同时考虑室内室外影响的两种结果发现:室内的热效应会使发射光束产生附加相位畸变,使焦平面光斑质量下降,如发射功率为10kW时,考虑室内影响时的环围能量半径是不考虑室内影响的3.1倍,Strehl比是其40%.

建立了动态平衡式COIL供碘系统的理论模型.根据理论计算结果研制了一套供碘系统.该系统体积为前供碘系统的八分之一,质量为三分之一,预热时间缩短了一半.实验结果表明:该供碘系统碘流量完全能满足碘量优化实验需要,碘量调节便捷,有较宽的调节范围,且具有长时间工作更稳定的特点.

在HT-7超导托卡马克上进行了电流调制改善等离子体约束物理实验,获得了初步的实验结果.对电流调制时的径向电场进行了数值计算和讨论.当等离子体环向电流以适当的频率和幅值周期性调制时,低模数的磁流体不稳定性得到明显的抑制,等离子体中心电子温度增加了33%,等离子体电子密度分布明显陡化,能量约束时间增加了27%～45%.杂质辐射周期性减少,粒子约束时间增加了2倍.在等离子体边界产生更强的径向负电场.

用数值模拟程序计算了脉宽1.5ps预脉冲和主脉冲激光,经1.2ns的时间延迟先后泵浦喷射的密度为6.632×10^-3g/cm³的氩气柱,以获得高增益的类氖离子电子碰撞激发3p-3s跃迁激光的可能性。结果表明:在等离子体中能够形成宽的类氖离子丰度大于50%的区域,并且具有大于10²⁰cm^-3的自由电子密度。主脉冲到达之后迅速加热自由电子,高密度的自由电子与类氖离子碰撞激发形成具有很高增益系数的增益区,增益区的半高宽度大约100μm,一维理论计算的增益系数为200～300cm^-1,持续时间大约相当于泵浦激光的时间宽度,在1～2ps之间.

通过用MCNP4B程序计算在铅样品中的来源于靶室散射中子的注量和来源于未经靶室散射的源中子注量,结合由ENDF/B-Vi评价数据库给出的中子铅活化核反应截面,得到了在铅样品周围存在不同屏蔽材料时,神光Ⅱ靶室散射对聚变中子产额用铅活化法测量准确性影响小于1‰的结果.

介绍了一台φ10mm口径两级双程离轴放大系统,实现了对5mm×5mm口径光束的激光放大,耦合系统采用高功率LDA紧密侧面直接抽运棒状Nd:YLF方式.分析并实验研究了在不同抽运电流、放大脉冲与放大器LDA抽运时刻的不同延时及不同注入能量条件下,放大系统及光束每次放大时放大特性的规律.实验得到:在放大系统5mm×5mm软光阑处注入1.58mJ能量时,放大系统可输出129.2mJ能量,能量提取效率达到19.5%,满足该系统的设计指标.

将门控分幅相机与平面晶体谱仪耦合,构成时间分辨光谱测量系统,对Al激光等离子体的K壳层发射谱进行测量,获得了相对入射激光延迟约1ns,积累时间约200ps的光谱信号.利用稳态碰撞 辐射平衡(CRE)近似条件下的等离子体光谱辐射动力学模型,给出了Al激光等离子体Ly-β线与He-β线强度比以及Ly-γ线与He-γ线强度比与电子温度的函数关系.在此基础上,根据实验谱线强度比,得到激光强度为2.319×10¹⁴,1.937×10¹⁴和3.946×10¹⁴W/cm²时,等离子体冕区电子温度分别为1.190(1±27%),1.165(1±27%)和1.525(1±27%)keV.

从理论上分析了高增益ICF实验燃料容器的塑料多层微球材料对X射线吸收机理,给出了适当的X射线照相条件,即工作电压取10kV,照像时间为1.5h,获得了壳层反差较为理想的靶丸X光图像.照相实验所得底片具有很高的横向分辨率,经显微镜放大,微球图像界面清晰可辨,用CCD将图像输入计算机,使用一般图像软件即可较为精确读出壳层厚度像素,为塑料靶丸制备工艺提供了方便有效的跟踪测量手段.

基于标量衍射理论推导出了分频光栅的各级衍射效率公式,分析了分频光栅的衍射特性,发现入射光波在满足相应的相位延迟条件时,能被分频光栅以最大效率衍射进3个中央级次中的某一级.分析和比较了两种制作工艺中的刻蚀深度误差、占空比误差对衍射效率的影响.在惯性约束聚变(ICF)应用中,对于同一要求的3倍频光的衍射效率范围,两种工艺的刻蚀误差容限是相同的,但是两种工艺的相同刻蚀误差却带来不同的衍射效率.在不计其它误差时,占空比误差不会对3倍频光的衍射效率产生影响,但可以对基频光和2倍频光产生相反的影响,占空比误差还可以使基频光和2倍频光的主要衍射级次的效率都降低,同时增大它们的0级衍射效率.

介绍了通光口径为300mm×300mm的等离子体电极电光开关驱动电源系统原理.该系统能产生时序上严格关联的两路幅值3kV、脉宽为500ms预电离高压脉冲;两路电压幅值为7kV、电流峰值为2kA的阻尼大电流、低抖动主放电脉冲;一路幅值为12kV、脉宽500ns低抖动矩形高压开关脉冲.这五路高压脉冲通过3根同轴电缆加载到充有惰性气体的纵向普克尔盒两边的阴阳电极上,对激光形成等离子体电极电光开关.

用三维非线性理论,对高功率同轴波导Ubitron放大器进行了研究.该Ubitron放大器采用环形相对论电子注与同轴波导的TE₀₁模相互作用.通过数值模拟,在Ku波段得到了2.24MW的输出功率,其效率为10.9%,带宽为35%.数值计算结果表明:电子注的自场导致饱和功率减少,频带变窄,增益下降.使用摇摆器幅值渐变,器件工作效率从10.9%提高到12.3%.

用解析方法研究了虚阴极振荡器中微波产生的机理,给出了小信号增益公式和饱和功率的标度.由此得到的结论是:虚阴极振荡器的辐射一般情况下是由相位受到RF场调制的从虚阴极反射的电子束流产生的,当注入电流稍大于第一临界电流时,有最高辐射增益区,但反射电流较小;当注入电流稍大于第二临界电流时,有较高辐射增益区,反射电流也较大.

高功率微波的强电场与大气作用使空气电离,中性分子的电离频率与等效电场强度、大气压强密切相关.在一个较宽的范围内研究电子与大气中性分子的相互作用,分析讨论了高功率微波传输一个脉冲后电子浓度和折射率随微波有效电场强度的变化.

介绍了用MAFIA软件的准周期边界条件计算螺旋线行波管慢波结构的色散和耦合阻抗,以及用ANSYS软件对螺旋线径向挤压变形建模的方法,并对螺旋线受挤压径向变形对其冷测特性的影响进行了详细的分析.结果表明:螺旋线径向挤压变形会导致相速增大,而在通常的变形范围内耦合阻抗也会增加;当变形继续增大时耦合阻抗上升到最大值后开始下降.

理论分析了强流离子束在周期磁场聚焦通道中传输时产生的束晕-混沌动力学行为,给出了近似反映实际聚焦磁场的余弦函数形式.然后利用神经网络方法对非线性复杂系统控制的优越性,提出前馈反传神经网络方法对强流离子束中束晕-混沌进行自适应控制.通过适当选择的神经网络控制结构和线性反馈系数以及自适应调整神经网络的权系数,可将强流离子束的包络半径达到束匹配半径的控制目标,且束包络的抖动大小明显减少,束晕-混沌现象得到了明显的抑制.

介绍了在兰州重离子加速器上利用荧光靶图像获取装置测量并计算束流剖面参数的方法,并建立了图像获取、处理、束流参数计算的实时测量软件系统.该系统具有可靠性好、测量直观、界面友好等优点.

通过分析比较国外Z-pinch装置轴向绝缘堆的设计,对轴向绝缘堆设计中的关键问题进行了归纳与总结.在总体描述绝缘堆研制方法和思路的基础上,详细论述了静电场数值模拟、电感参数计算和电路模拟、闪络概率计算、结构稳定性力学分析以及材料选择等绝缘堆研制中的几个关键问题,并对闪络概率分析方法的完善和拓展应用进行了讨论.

研究了强流质子束在周期聚焦磁场通道中束晕-混沌的外部磁场自适应控制方法,给出了磁场控制方程.将该方法应用在多粒子模型中,实现了对4种不同初始分布质子束的束晕-混沌的有效控制,得到了消除束晕及其再生现象的理想结果.在强流加速器系统中,由于外部磁场是可测和可调的物理量,因此该控制方法有利于实验研究,可为强流质子加速器中周期聚焦磁场的设计和实验提供参考.

研究了客体模型FTO的闪光照相系统X光输运过程,给出了直穿照射量、散射照射量、直散比、直穿照射量能谱、散射照射量能谱、直穿X光通量能谱和散射X光通量能谱在记录平面的空间分布.结果表明:后锥是照射量散射成分的主要来源,后锥照射量占总散射量97%;后锥也是造成散射的空间分布不均匀的主要器件,这一不均匀性高达58%.照相系统的最小直散比非常小,表明锥造成的散射已经严重地淹没了直穿(轫致辐射)信号.计算中使用高空间分辨率记录法进行分点,合成图像对吸收系数的复原结果与国外报道的结果相符.

描述了光学渡越辐射用于束流诊断的理论依据,介绍了利用光学渡越辐射对18MeV,2.7kA的强流脉冲电子束进行诊断的实验方案.在解决了在强流束测量中强背景干扰等问题后,获得了光学渡越辐射的特征图案,据此测量了强流脉冲束的剖面、能量、发散角和发射度.初步的实验结果表明,光学渡越辐射方法是强流束诊断的一种有效手段.

利用3维电磁场计算程序MAFIA对CSR注入引出静电偏转板的物理结构进行了理论设计.该偏转板高压电极材料采用表面经过阳极氧化处理的锻铝板材,倒角半径为20mm,电极半宽度60mm,其几何形状能够同时满足电场均匀性、耐压性及机械强度的要求,切割板电极采用半钨丝半钽板的结构,入口厚度不大于0.1mm.在设计基础上制造了偏转板模型,并对之进行了真空模拟试验,结果证明该高压静电偏转板的设计方案是合理的,基本满足物理实验要求.

介绍了遗传算法的基本理论,及其应用于加速器调束过程中的设计要点,给出基于遗传算法进行加速器自动调束的设计方法,并编写遗传算法程序针对HIRFL中的一段束流输运线进行了计算机仿真实验,证明了基于遗传算法进行自动调束的可行性,指出了自动调束技术的未来研究方向.

针对高功率激光装置对多程放大器腔镜准直的要求，利用小孔的像传递和光路自动准直的原理，设计出一套创新的腔镜准直调整方法，并且在SG-Ⅲ原型装置4程放大模拟实验平台上进行了实验验证。实验结果表明：自动准直系统能够在15 min之内顺利完成主放大级系统的光路调整，光束近场调整精度值小于近场光斑直径的0.5%，光束远场调整精度小于0.3"。