环形子孔径法是一种无需辅助元件就能实现对大口径、大相对口径非球面检测的"柔性"测试技术.介绍了该技术的工作原理,对两种分别基于测量相位值和Zernike多项式系数的拼接算法进行了仿真分析,并进行了初步的原理性实验验证.结果表明该技术是切实可行的,具有检测大口径非球面镜的潜能.最后,在对现有研究结果综合分析的基础上,提出了应用该技术检测m量级非球面主镜的实验方案.

在均匀液滴O2(1Δ)发生器的研制过程中,发生器中液流受到外界扰动后,扰动沿着液流表面呈指数增长,最终导致液流破段成液滴.在液滴的形成过程中,各种参数的改变都将对液流的状态产生影响,最终影响O2(1Δ)发生器的总体性能.分别从理论和实验两部分对液滴的形成过程进行了对比分析:理论部分论述了液滴形成的理论依据及在发生器中,外界扰动频率、液流喷射流速的改变对扰动增长率的影响及影响趋势;实验部分以成像的方式着重分析了在相同条件下,分别改变扰动频率、液流喷射流速,液滴流的状态及趋势.实验结合理论,寻求可控参数范围,为均匀液滴发生器的液流研究提供依据.

介绍了VO2薄膜的相变原理,用磁控离子溅射法制备了VO2薄膜,并进行了X射线衍射和不同温度下的光谱透过率测量.在1.319 μm 连续波激光辐照下,实时测量了VO2薄膜的温度变化,以及由于温度变化引起相变后对激光透过率的变化.结果表明,入射到薄膜表面的平均功率为8.9 W、光斑直径2 mm时,激光出光480 ms后,VO2的温度从室温上升到约100 ℃,薄膜发生了相变,其对1.319 μm激光的透过率从相变前的48%降为相变后的28%.

为分析振幅和相位发生畸变情况下光束焦斑质心位置所受的影响,以光波标量衍射理论中的夫琅和费衍射公式为基础,根据光斑强度分布一阶矩质心位置的定义,推导了直接依赖于光束近场复振幅分布的焦斑质心位置的一般表达式.进一步推导了焦斑质心位置对光束近场强度分布和相位斜率分布的依赖关系式,并对该式清晰的物理意义进行了阐述.利用焦斑质心位置表达式,可分析和确定由于振幅调制和相位畸变导致的质心位置偏移.最后,对无相位畸变和存在低阶泽尼克相位畸变情况下的简单畸变光束进行了相应的分析讨论.

就激光大气传输湍流热晕相互作用下大气参量测量误差对激光传输效果(平均功率密度)的影响进行了数值分析,并以典型的激光传输条件为例,分析了对激光大气传输影响最为敏感的3个大气参量风速、吸收系数以及湍流结构常数的测量精度要求.综合不同传输距离下大气参量测量误差对传输效果的影响,大气风速的测量精度要求为±10%,吸收系数及湍流结构常数的测量精度要求分别为±5%和±15%.

针对气动和化学激光器现有超声速扩压器的不足,提出一种新型式的扩压器--附面层抽气扩压器.以常温空气为介质,通过改变扩压器附面层抽吸能力、混合室隔板长度、扩压器出口反压及主进气流量等条件进行试验.结果表明:该型式扩压器在一定条件下可以有效隔离光腔流场,改善壁面压力分布,且其长度尺寸可比常规扩压器缩短约25%.

采用1维处理方法,建立了便于设计人员使用的等压混合引射器性能计算分析与工程设计方法,并详细分析了等压混合引射器各主要参数对性能的影响.该分析方法基于气体焓的变化,因此可应用于各种引射气体与被引射气体.为了控制尺寸,还首次将多喷嘴引射方式与等压混合结合起来.实验结果验证了等压混合引射器性能计算分析与工程设计方法的可靠性以及多喷嘴引射方式应用于等压混合引射器的可行性.

分析了氧碘化学激光器(COIL)在无稀释气条件下工作所带来的一系列问题和对其性能的影响,并提出了相应的解决方法,进而对COIL结构和相关参数进行了有针对性的设计和实验研究.在氯气流量为117.6 mmol/s时,平均输出功率2.25 kW,化学效率达到21.1%,比功率0.22 J/g;分别以氦气和氮气为稀释气,对COIL进行了参数和实验数据比较.

用VICON程序对化学氧碘激光器(COIL)喷管冷流场进行了3维模拟,得出的计算区几何较准确地反映了模拟装置的几何变化.主气流方向和副气流方向的分点数反映出了此2维平面内的气动特性,对不同流量的模拟结果对比分析得出穿透过度与穿透不够一样,致使主副气流混合不好.对带化学反应的情况进行了模拟,显现出副气流从喷孔出来后穿进主气流的马蹄形结构的变化过程,这些说明VICON程序可用来模拟研究COIL喷管流场特性.

给出了氧碘化学激光器中,引射式气帘对激光器内各段压力与输出功率等参数的影响.研究结果表明:在COIL光腔中采用引射式气帘的作用方式,可以显著降低光腔段的总压损失,为激光器后的压力恢复系统减轻工作负荷;在高背压条件下,能够显著降低腔压,改善光腔静压的稳定性,提高激光器输出功率的稳定性.

为了提高化学激光体系(AGIL)中F原子的产率,采用直流放电引发方式,对棒式电极的放电特性进行了研究.在对NF3/He混合气体进行解离时,通过选择不同平衡电阻,得到了3 kW左右的放电注入功率.用光谱分析仪对F原子产率进行了测量.通过拟合计算可得:一个NF3分子能够解离出1.3～1.5个F原子.

在地平式折轴望远镜中开展自适应光学激光导星实验,研究了共孔径发射接收信标激光束偏振耦合分光效率随望远镜方位角和天顶角变化的补偿技术.提出了一种由四分之一波片和法拉第旋光器构成的相位补偿器,通过旋转四分之一波片以实时补偿由于望远镜旋转导致的光路相位延迟量的变化.数值计算表明,望远镜处于任意方位角和天顶角位置时,通过1°步长旋转四分之一波片,可使补偿后的偏振分光效率理论上达到99.90%以上.实验从原理上定性地验证了该方法的有效性.只要测量出镜面的相位延迟,便可计算得到望远镜处于不同方位角和天顶角情况下有效补偿所需的四分之一波片旋转角度,据此可建立实用的旋转波片偏振补偿装置.

激光信标共孔径发射接收偏振分光系统的动态相位补偿需要测量望远镜各反射镜对s光和p光的相位延迟差.利用Stokes矢量和Mueller矩阵建立了物理模型,并推导出用测得的回光功率计算相位延迟差的解析式.提出一种通过实验测量回光功率计算反射镜相位延迟差的方法,解决了在0～2π范围内唯一确定反射镜相位延迟差的问题.实际测量了两块反射镜的相位延迟差,并将测量结果用于动态相位补偿偏振分光实验,验证了该方法的正确性.分析了偏振分光棱镜、法拉第旋光器以及近似计算这3个主要的测量误差源,并估计总测量误差约为1°.

在校正大气湍流畸变信号的自适应光学系统中,基于大气开环数据,对采用最小递归二乘RLS算法预测复原电压以减小自适应光学系统中的时间伺服延迟进行了仿真研究.并与未采用预测时的误差进行了比较,对比结果表明:采用RLS算法后,可以有效的降低系统由伺服延迟引起的误差.

视景仿真为科研人员提供了空间认知事物规律的手段;为考察激光雷达对动态目标的捕获跟踪过程,初步开发了基于局域网的激光雷达分布式交互仿真系统;在该系统的开发过程中,目标跟瞄过程视景仿真系统是关键.介绍了3维图形开发工具包RTG,并与目前流行的视景仿真软件Vega进行了比较,同时对目标跟瞄视景仿真系统开发中重要组成部分的具体实现进行了较详细的阐述.

介绍了差分吸收激光雷达测量大气中物质成份及浓度的测量原理,并利用差分吸收激光雷达测量了3.5 km内NO2的浓度分布,测量结果表明,使用双通道可调谐的Ti:Sapphire激光器的一组波长(448.2 nm和446.8 nm)可以获得比较精确的NO2的浓度随距离的分布.

介绍了在运动基座条件下捕获、跟踪和瞄准系统的复合轴惯性视轴稳定方案及实验室演示验证实验.使用动力调谐速率陀螺测量惯性角速率稳定转台,实现大动态范围的粗稳定,使用线加速度计测量惯性姿态角稳定视轴基准,实现小动态范围的精稳定.使用视轴基准稳定误差与视轴基准平台相对其基座的转角合成粗稳定位置误差的方式,实现粗稳定和精稳定的级联.实验结果表明,复合轴稳定方案可以实现(″)级稳定精度.

介绍了13.9 nm马赫贞德干涉仪用软X射线分束镜的设计、制备与性能检测.基于分束镜反射率和透过率乘积最大的评价标准,设计了13.9 nm软X射线激光干涉实验用多层膜分束镜.采用磁控溅射方法在有效面积为10 mm×10 mm、厚度为100 nm的Si3N4基底上镀制了Mo/Si多层膜,制成了多层膜分束镜.利用X射线掠入射衍射的方法测量了Mo/Si多层膜的周期.用扩束He-Ne激光束进行的投影成像方法定性分析了分束镜的面形精度,利用光学轮廓仪完成了分束镜面形精确测量.利用北京同步辐射装置测量了分束镜反射率和透射率,在13.9 nm处,分束镜反射率和透过率乘积达4%.使用多层膜分束镜构建了软X射线马赫贞德干涉仪,并应用于13.9 nm软X射线激光干涉实验中,获得了清晰的含有C8H8等离子体电子密度信息的动态干涉条纹.

采用离子球模型,通过自洽求解Poisson方程和Dirac方程,得到氖的类氢离子低能级组态的能级能量随等离子体电子温度和电子密度的变化关系,进一步研究了等离子体电子温度和电子密度对光谱漂移的影响.结果表明:光谱漂移随着等离子体电子密度的增大而增大,随着电子温度的升高而减小;谱线精细结构分裂随着电子密度的增大而减小,随着电子温度的升高而增大.等离子体对束缚电子的屏蔽是决定光谱漂移的主要原因.这些变化规律不仅对等离子体光谱模拟结果产生影响,而且使实验上观测光谱的相对或绝对漂移成为可能,从而为高密度等离子体诊断的新方法提供了理论依据.

介绍了采用光谱吸收法实时监测重复频率XeF(C-A)蓝绿激光器中XeF2气体浓度的原理和控制XeF2气体浓度的方法;给出了监测窗中XeF2气体浓度与激光器气室中的XeF2气体浓度之间的关系,获得了在不同主/载气路气流量条件下激光器气室中XeF2气体浓度值,通过调节主/载气路的气流量实现了对激光器腔室内XeF2气体浓度的控制,保证了XeF(C-A)蓝绿激光器1 Hz重频运行.

提出一种测量金激光等离子体电荷态分布与平均电离度的X射线光谱学诊断方法.该方法基于稳态碰撞-辐射近似,考虑电子离子直接碰撞激发与双电子复合两种激发态布居方式,建立了金M带5f-3d跃迁组辐射总强度与离子态分布的耦合方程.根据实验测量的金平面靶激光等离子体冕区辐射的5f-3d跃迁线系的强度分布,诊断得到了金激光等离子体的电荷态分布与平均电离度.此外,还分析了电子温度、电子密度以及双电子复合过程对电荷态分布及平均电离度诊断的影响,并将实验诊断结果与辐射流体力学理论模拟结果及离化平衡动力学计算结果进行了对比分析.结果表明:实验诊断结果与基于CRE近似的离化平衡动力学计算结果近似;当电子温度高于1.5 keV时,双电子复合过程对电离度?恼锒辖峁跋旖闲?

采用诱导空间非相干(FEISI)的平滑方法结合传递傅里叶面的技术,建立了一套平滑化六束角多路系统.该系统输出总能量158 J,能量稳定度约4%,输出脉冲宽度25 ns,靶面有效焦斑直径400 μm,焦斑均匀性1.6%,激光功率密度3.7×1012 W/cm2.

建立了一套光学记录速度干涉仪系统(ORVIS),用于测量强激光产生的冲击波状态方程中的自由面速度.该光学记录速度干涉仪系统的时间分辨率为179 ps,可以测量自由面速度随时间变化的整个过程.在天光KrF高功率准分子激光装置上进行激光打靶实验,激光波长248.4 nm,脉冲宽度25 ns,最大输出能量158 J.在激光功率密度为6.24×1011W·cm-2的条件下,测得厚20 μm铁膜的自由面速度可达3.86 km/s;在激光功率密度为7.28×1011 W*cm-2条件下,100 μm铝膜(靶前有100 μm的CH膜作为烧蚀层)的自由面速度可以达到2.87 km/s.

针对ICF驱动器对光纤前端系统输出光脉冲的质量及稳定性要求,通过实验分析了光纤系统的偏振特性,实验探索了不同的偏振控制技术.并针对系统窄光谱(pm级)、短脉冲(ns级)的特点以及系统末级输出对时间特性的要求,采用空间平均的退偏振方式,能有效实现光信号的完全退偏.光纤系统增加退偏器后输出稳定性达到了1.72%,大大提高了系统输出的稳定性.

任意拉格朗日欧拉方法被认为是解决2维流体力学大变形数值模拟的有效途径之一.以激光黑腔靶耦合问题为背景,结合质量流的物理意义,提出了一种二阶守恒物理量重映的算法,并利用1维激光靶耦合程序对方法及其可行性进行了考察,结合物理问题调整网格,用较少的网格得到了与较多网格拉氏计算同样的结果.为算法在2维LARED-H程序中的应用奠定了基础.

设计了3套针对"神光-Ⅱ"倍频激光直接驱动的透镜阵列均匀辐照系统,并对冲击波的平面性进行了实验研究.结果表明,冲击波的平面性与透镜阵列参数、平面靶厚度、靶面位置等有关,采用列阵元数为121的透镜阵列进行激光束匀滑驱动的冲击波平面性最好,间接说明它在靶面的激光辐照是最均匀的;另外,随着靶厚的增加,冲击波平面性变差,平面区变小;而且冲击波平面性随靶面离焦位置的变化成一定的周期性变化,第2套透镜阵列焦点处的冲击波平面性最好.

在理论分析的基础上,具体讨论了Fe质量分数小于10-4对1 053 nm处光吸收损耗和Nd3+无辐射跃迁几率的影响规律,发现Fe在1 053 nm处的光吸收损耗和Nd3+无辐射跃迁能量转移都与Fe质量分数成平方关系增长, Fe对1 053 nm光吸收的影响较大而Fe与Nd3+之间的能量转移不足50 Hz.这对生产过程中Fe含量的控制有重要指导意义.

提出了一种很有特色的基于超连续谱注入的飞秒光参量放大技术,该种技术方法不仅克服了常规1 053 nm脉冲在前端小能量放大时的增益窄化现象,而且可实现800 nm激光和1 053 nm激光的零时间同步.通过系统的实验研究,获得了大于4 mJ的1 053 nm宽带信号光能量.

采用羟胺种子法合成了金掺杂二氧化硅气凝胶.采用紫外-可见光分光光度计研究了还原过程中体系的变化情况.使用透射电镜(TEM)研究了气凝胶的微观结构,气凝胶的比表面积和孔径分布由BET-BJH方法测试.结果表明通过种子法可以制备金掺杂质量分数0.01%～1.00%,密度25～50 mg/cm3,比表面积达800 m2/g以上的SiO2气凝胶样品.

采用974 nm半导体激光器作为泵浦源,超高掺杂Yb3+光纤作为增益介质,利用光纤的非线性偏振旋转效应,得到稳定的ps量级锁模光脉冲.泵浦功率220 mW时,激光器锁模阈值功率150 mW,输出功率26 mW,锁模光脉冲中心波长1 046 nm,3 dB带宽6.01 nm,20 dB带宽16 nm,脉宽22 ps,重复频率20 MHz.与同类光纤激光器相比,该激光器输出功率高,具有更好的稳定性.

X光条纹相机在惯性约束聚变实验诊断中具有重要作用,它的性能技术指标的精确标定是实验数据可信度的基础.在上海激光联合实验室的20 TW激光器上对X光条纹相机的扫速、时间分辨等时间性能进行了标定,取得了较好的结果.标定结果显示相机的各项性能与出厂标称值有了较大改变.标定的实验结果可有效提高ICF实验数据处理和物理分析的可靠性.

实验研究了高有载品质因数下有无阳极端帽时调谐性能的差异,以及低有载品质因数下,没有阳极端帽时的可调谐相对论磁控管性能.研究结果表明:没有阳极端帽时,可调谐相对论磁控管具有更宽的调谐范围;在高有载品质因数下,可以达到2.52～3.31 GHz的调谐范围,输出功率范围为44～790 MW;低有载品质因数下,调谐范围为2.55～3.05 GHZ,调谐范围内输出功率1～1.7 GW.

对一种同轴慢波结构相对论高功率微波产生器进行了初步的实验研究.利用数值模拟优化得到的结构,建立了实验装置.初步实验结果表明:该种器件具有微波产生效率高的优点,在实验系统并没有达到优化状态的情况下得到的微波转换效率达28%,峰值功率约为1.3 GW.微波频率基本不随二极管电压变化,约为7.7 GHz,这与文献中数值模拟给出的结果一致.

从理论、模拟和实验等角度详细研究了高功率径向线螺旋阵列天线.从该阵列天线的设计思想出发,提出并设计了中心频率为4.0 GHz的3圈48单元高功率径向线螺旋阵列天线,特别提出了螺旋单元天线的L型电磁组合耦合馈电,并对阵列天线进行了模拟和实验两方面的验证.实验结果表明,在3.6～4.1 GHz的范围内,天线驻波比小于1.4,增益大于22.9 dB,口径效率大于65%.

提出了一种电磁辐射(EMR)效应评估的方法:通过区域分解并且引入子域敏感因子,采用电场强度的加权平均作为EMR效应评估的参考指标.以一款普通计算机主板作为研究对象,使用时域有限差分法(FDTD)进行模拟计算,得到了EMR作用下计算机主板耦合的电磁场分布.基于该效应评估方法,比较了3～12 GHz 的平面电磁波在0°～90°入射时对计算机主板的效应.数值模拟结果表明:随着平面电磁波入射角度的增加,EMR对计算机主板的影响趋于减弱;EMR频率的变化对效应没有显著影响.当EMR入射角度为40°时,最高主板表面耦合的电场强度达到最大值;0°入射时,主板上平均电场强度达到最大值;随着入射EMR频率的升高,主板表面的最大电场强度趋于减弱.

针对向内发射同轴虚阴极振荡器进行了1维理论分析,给出了电流电压关系的数值解,估算了同轴漂移区空间电荷限制流及虚阴极位置;同时使用MAFIA程序进行了全3维PIC数值模拟研究,通过调节阴极电子发射区与阳极反射板之间距离进行了一系列计算,得到了圆波导中各传输模式频谱及功率.结果表明,尽管使用圆周对称的同轴结构,输出模式中TE11和TM01仍占主导地位,两种模式共同存在,相互竞争.在最佳情况下,当二极管电压为250 kV,电流为20 kA时,得到了微波输出总功率最高为740 MW,功率效率超过10%,主频为3.18 GHz,同时含有较强TE11和TM01模式成分的微波输出.

利用模式耦合理论,在考虑多模耦合的情况下,对渐变结构复合腔进行了冷腔分析,计算了H51-H52模式对下,各个模式的耦合及场幅值分布情况,分析了渐变段的倾角对渐变复合腔的Q值及场幅值分布的影响.研究表明:渐变段的倾角对渐变结构复合腔的高频特性有很大的影响,特别是各模式的场分布及Q值,合适地选择渐变角度,能使场幅值放大率比较大,这将有利于提高注-波互作用效率.

提出了一种新型的具有光子晶体带隙(PBG)结构的返波振荡器(BWO),利用PBG禁带对BWO工作及输出微波模式进行调制,抑制低次模式,工作在高次模式.通过数值模拟给出了介质柱PBG结构的能带图、禁带限制模式电场分布和周期慢波结构的色散关系曲线,选择晶格常数为0.31 cm,介质柱半径为0.12 cm,介电常数为4.0的三角格子PBG结构可以实现在Ka波段的单一类TM03模式工作,在36～40 GHz的频率范围内,器件可以工作在返波状态,周期长度为0.4 cm.

采用90 W/cm2 X波段微波全身一次辐照大鼠10 min,分别于辐照后0,0.5,1,3,6,12,24 h断头处死,取左心室心肌组织,光镜观察心肌组织形态学损伤;TUNEL法检测心肌组织细胞凋亡;RT-PCR检测大鼠心肌组织GSK3β,caspase-9和caspase-3 mRNA表达水平的变化;Western-blot法检测大鼠心肌组织GSK3β蛋白质磷酸化表达水平的变化;Caspase-9分析试剂盒检测心肌组织中caspase-9酶活性.研究结果表明:90 W/cm2 X波段微波辐照可上调心肌组织GSK3β基因表达,使其蛋白磷酸化水平降低,解除了磷酸化对其活性的抑制,使GSK3β活性增强,从而参与了X波段微波辐照致心肌细胞凋亡的启动.90 W/cm2 X波段微波辐照同时可使大鼠心肌组织中的凋亡相关蛋白激酶caspase-9和caspase-3基因表达上调,caspase-9酶活性增强,从而造成大鼠?募∠赴蛲龉痰钠舳?因此,GSK-3β及其下游介导的与凋亡相关的信号分子caspase-9和caspase-3的激活可能是X波段微波辐照致大鼠心肌细胞凋亡的重要途径之一.

主要给出了波导型的X波段大功率微波探测器的结构、标定方法和标定结果.该新型大功率微波探测器具有承受微波峰值功率高(可达100 kW),时间响应快(响应时间小于2.0 ns),不需要同步信号,抗干扰能力强等特点.根据不同的需要,可以制作成波导型和同轴型的大功率微波探测器.波导型探测器由热离子二极管、标准波导、滤波器和外电路组成,其工作频率范围为波导的工作频率范围;而同轴型探测器由热离子二极管、同轴波导,滤波器和外电路组成,可以宽带使用.标定结果表明该探测器很适合高功率微波峰值功率测量,尤其是在强电磁干扰环境和高重频微波脉冲条件下的测量,为解决功率测量不准的技术难题提供一种有效的技术手段.

采用脉宽20～120 ns、步长10 ns的微波信号,对WB-CD01型、2087-6001-00型同轴检波器的灵敏度和检波波形进行了实验研究.实验结果表明:脉宽为20～120 ns时,在2.7 GHz频率下,WB-CD01型检波器灵敏度比连续波时的降低0.5～0.7 dB,而2087-6001-00型检波器灵敏度比连续波时的降低近1 dB.在4.1 GHz频率下,WB-CD01型检波器在微波脉宽为20 ns时,检波灵敏度略高于连续波时的近0.2 dB,其它给定脉宽下,检波灵敏度与连续波时的基本一致;2087-6001-00型检波器不同脉冲宽度条件下与连续波时的灵敏度基本一致.WB-CD01型检波器的检波波形前沿出现过脉冲,而2087-6001-00型检波器无此现象.