将不均匀介质势函数进行泰勒展开,取其前3项近似,与描述光腔模式的亥姆霍兹方程中的特殊函数结合,根据光腔边界条件推导出光腔模式的本征解、激光输出功率以及不均匀介质与激光模式的相位与强度分布关系表达式。将表达式应用于氧碘化学激光器的功率与输出耦合率的非线性拟合以及近场光强分布的分析,预测趋势与文献结果相符。

提出一种微动粒子群优化算法,针对2维静磁场多参量优化问题,在给出轴上目标轴向磁感应强度分布曲线的前提下,可以得到趋近于该分布曲线的磁结构。该算法分为前后两阶段:第一阶段采用前后试探法(微动),同时也参照最优粒子的信息;第二阶段采用基本粒子群优化算法。微动粒子群优化算法可以发挥多核计算机在工程设计上的潜力,而且即使粒子数目很少,也能不断趋近目标解。

设计了一个用于为L波段同轴相对论返波振荡器提供导引磁场的双线绕制、分段磁场线圈系统。根据粒子模拟中对磁场的要求和实验室已有的条件来确定磁场的各参数,通过数学软件Mathcad和全电磁粒子模拟程序Karat对设计出的轴向磁场位形进行验证。采用基于Hall效应的Tesla计对加工好的磁场线圈产生轴向磁场空间分布进行了测量,同时利用电子束轰击尼龙靶来考察电子束被导引的效果。利用绕制好的磁场线圈开展了初步实验研究,在二极管电压655 kV,电子束流为10.4 kA,导引磁场0.7 T的条件下,输出微波峰值功率约为864 MW,微波波形半高宽为23 ns,功率转换效率约为12.7%,频率1.61 GHz。

得到了1维条件下电子均匀分布时,环形电子束在同轴波导内轴向传输的空间极限电流解析表达式。通过讨论解析式在薄电子束和波导内导体半径为0等极限条件下的近似情况,分析了其合理性。在电子束非均匀分布的条件下,对空间极限电流进行了数值求解,并与解析计算结果进行了比较。理论研究表明:环形电子束在同轴波导内具有较圆柱波导内更高的空间极限电流,而且当电子束靠近波导壁时,空间极限电流会显著提高。

给出了波导-带状线-同轴线型定向耦合器技术参量的计算表达式,利用Matlab软件定量地研究了耦合器结构尺寸和输入波频率对耦合器的技术参量的影响。数值结果表明:方向角对耦合度及方向性的影响最大;耦合小孔深度对理想方向角影响最大;输入频率在低频端(小于2.0 GHz)对理想方向角的影响很大,而在中高频端的影响较小。在波导-带状线-同轴线型定向耦合器的设计中,除了可以改变小孔大小及旋转方向来满足耦合度和方向性外,还可以通过改变带状线尺寸以及耦合器位置来调节耦合度和方向性。

提出了一种基于人工传输线的小型微带Wilkinson功分器,该器件使用由L-C元件构成的人工传输线取代传统传输线,并使用交指电容和贴片电阻进行端口隔离。设计制作的Wilkinson功分器中心频率为915 MHz的微带3 dB功分器,等幅同相地将输入功率分配到2个输出端口,尺寸仅有传统Wilkinson功分器的25%,端口幅度平衡度±0.2 dB,相位平衡度±1°。实验结果表明:功分器带宽为0.49～1.20 GHz,插入损耗小于3.2 dB,回波损耗大于10 dB,仿真结果和测量结果吻合较好。

提出了一种基于平板波导的新型异向谐振结构--交叉椅型谐振结构,通过理论分析和数值计算,说明和验证了单个交叉椅型谐振结构加载的平板波导具有双通带特性和异向特性;设计了一种由多个交叉椅型谐振结构周期加载的异向平板波导结构,并通过仿真实验验证了其负折射特性。交叉椅型谐振结构的全金属半封闭式结构和其特殊的电磁谐振方式,使得此类2维异向平板波导与传统的由金属开口谐振环与金属线正交阵列而成的2维异向介质相比,具有双通带、无介质损耗、功率容量大等特异性质;单个交叉椅型谐振结构加载的平板波导作为一种新型的滤波器结构,具有良好的双通带特性,尺寸较小。

通过对波束波导馈电卡塞格仑天线工作原理的分析,论述了波束波导在高功率微波辐射天线中的应用及设计方法,重点介绍了一套利用波束波导馈电高功率微波辐射天线。该天线利用由三面反射镜组成的波束波导对一个由两个抛物面镜组成的双反射面天线进行馈电,实现了波束的快速扫描。该天线工作在X波段时,功率容量大于1 GW,天线增益大于50 dB。

根据瑞利假设,运用微扰法近似,将透射场按平面波展开,对坐标进行傅里叶变换,研究了平面波入射时的透射散射现象,避免了繁琐的推导和证明;采用指数型粗糙面模拟实际的介质粗糙面,结合其功率谱导出了透射系数计算公式。数值计算结果表明:中间介质介电常数的实部越大,透射系数越大,虚部越大,透射系数越小;中间介质厚度越大,透射系数越小;粗糙面均方根越大,透射系数越大;粗糙面相关长度越大,透射系数越大;透射系数随入射波频率振荡地增大。

介绍了在合肥光源横向模拟反馈样机系统进行的改造和升级。主要包括前端束流位置信号处理模块的重建和与直流成分剔除单元模块。同时还进行了信号矢量合成模块的优化与改造、增加独立可调增益模块以及优化信号传输线路在内的重要改进。对改进后的反馈系统进行了抑制耦合束团不稳定性试验,相关试验数据分析结果表明,反馈系统提供的注入阻尼率提高了一个数量级。

报道了碳纳米管光场致发射电子枪的初步研究结果。在532 nm激光照射下碳纳米管光场致发射电子枪在极间高压为27 kV时得到的最大的脉冲流强可以达到3.364 A,其脉冲电流发射密度可达6.728 A/cm2,对应脉冲电荷量为38.7 nC。碳纳米管的量子效率通过公式计算为3.73×10-5,给出了在532 nm激光照射下碳纳米管光场致发射电子枪发射电流随激光功率和极间电压的变化关系。

以中国科学院近代物理研究所正在研制的轴对称磁透镜为例,设计了两种结构的轴对称磁透镜:带屏蔽铁壳的螺线管透镜和极靴形状为锥形的Glaser透镜。带屏蔽铁壳的螺线管透镜产生的轴对称磁场比较均匀,而极靴形状为锥形的Glaser透镜产生的轴对称磁场比较集中。分别采用了两种物理模型计算磁场,同时应用有限元分析软件ANSYS进行数值模拟,最后从物理和工程角度对这两种透镜作了全面比较,得出带屏蔽铁壳的螺线管透镜结构更符合设计要求。

报道了一个低阈值宽调谐、被动调Q、单谐振掺MgO的周期性极化铌酸锂晶体(PPMgLN)光学参量振荡器。利用被动调Q的Nd:YVO₄激光器作为泵浦源,采用外腔结构,在室温下,实现了PPMgLN晶体的准相位匹配光学参量振荡。光参量振荡的阈值仅为0.27 W(单脉冲能量4.5 μJ、脉宽35 ns);在泵浦光为135 W(脉冲能量8.2 μJ、脉宽35 ns),PPMgLN周期为31 μm时,获得了161.9 mW,3.202 μm脉冲激光输出;同时获得了98.5 mW的1.594 μm信号光输出,总的光-光转化效率达到19.3%。通过改变晶体的周期,实现了闲频光3.13~4.19 μm,信号光1.43~1.65 μm的宽带可调谐激光输出。

由于存在各种非理想因素,束流在储存环中的闭轨会发生畸变。对束流闭轨畸变进行校正的方法较多,目前合肥光源(HLS)采用奇异值分解(SVD)法进行束流闭轨的全环校正和反馈。针对SVD法不足之处,采用约束线性最小二乘法(CLLS)来改进HLS束流闭轨的全环校正和反馈。介绍了束流闭轨畸变校正的理论,着重介绍应用CLLS对HLS储存环束流闭轨畸变进行全环校正和反馈,并给出运行结果。结果显示,利用CLLS后,HLS敏感实验线站的束流轨道稳定性和重复性得到明显改善。

使用有限元方法分析了在激光辐照条件下,KDP晶体已加工表面存在的残余内应力、微裂纹及微孔等多种微纳米加工表层缺陷对晶体激光损伤阈值的影响。通过分析发现:KDP晶体微纳米加工表层缺陷的存在,会影响晶体表面的温度场及热应力场的分布,使入射激光的能量积聚在缺陷附近的很小范围内,造成晶体缺陷处产生局部熔融现象,从而使KDP晶体产生损伤,降低KDP晶体的激光损伤阈值。针对微纳米表层的微裂纹进行了损伤阈值测试实验,结果表明微裂纹的存在会降低KDP晶体的激光损伤阈值(约降低3 J/cm2),实验结果与仿真结果符合得很好。

提出双环单模掺铒光纤激光器激光混沌耦合反馈相移控制方法和物理模型,利用耦合器将系统的输出量反馈到系统中,选取适当的反馈系数,并在反馈通道上加入相移控制器PC控制反馈光的相移,通过对反馈系数和反馈光相移的控制,实时、动态、有效地控制激光混沌到稳定态和周期态;分析了系统输出状态随着控制参数变化的演化规律,控制参数的变化可以使得系统的输出产生丰富的有一定规律性的激光动力学现象;讨论了混沌被控制到单周期态时系统输出的振荡周期的变化规律与控制量的关系。

采用放电等离子烧结(SPS)技术,以碳化硼还原法制备的LaB₆粉末为原料,制备了高致密LaB₆多晶块体阴极,并系统研究了烧结温度、压力对LaB₆烧结样品的物相、结构和性能的影响。确定了SPS烧结LaB₆的最佳工艺为:压力50 MPa,烧结温度1 650 ℃,保温时间10 min。实验结果表明:与其它LaB₆多晶制备方法相比,SPS制备得到的LaB₆烧结块体的力学及发射性能均有大幅提高,样品相对密度达到96.2％,维氏硬度达到1 720 kg/mm2,抗弯强度达到203.2 MPa。样品在1 520 ℃温度下发射电流密度达到17.41 A/cm2,功函数为2.40 eV。SPS制备法显著降低了LaB₆的烧结温度,缩短了烧结时间。

为计算强流脉冲束在螺旋管透镜6维相空间中的非线性传输,用Visual Fortran 6.5语言设计了一个计算程序,计算由漂浮空间、螺旋管透镜等元件组成的束流光学系统。程序在计算非强流脉冲束流的线性传输时,粒子的轨迹通过矩阵的直接相乘计算得出;程序在计算强流脉冲束流的非线性传输时,需要考虑束流中的空间电荷效应对束流传输的影响,在束流运动过程中,空间电荷场也在不断地变化,而且粒子运动的轨迹与空间电荷势又是相互依赖的,因此需要求得一个自洽的解,先把元件分成若干均等的区间,把电流分成若干等份,后采用束流电流迭代与元件区间迭代的计算方法。程序运行结束时,横向和纵向相图以及束流光学系统的束流包络线可以在微机屏幕上直观地显示出来。

六硼化镧(LaB₆)具有电子逸出功低、高熔点和高化学稳定性等优点,是制作热阴极和场发射阴极的理想发射体材料。而且在常规场发射尖锥表面涂敷一层LaB₆薄膜能够大幅度提高场发射尖锥的发射能力。为了测量LaB₆ 薄膜的逸出功,采用电子束蒸发技术沉积LaB₆薄膜,并对薄膜进行了X射线衍射分析和X射线光电谱分析。通过测量薄膜的热电子发射特性和敷LaB₆薄膜的硅尖锥阵列的场致电子发射特性确定了LaB₆薄膜的逸出功,与块状LaB₆多晶材料的逸出功大体相同,说明电子束蒸发沉积技术适合于制备高纯度、低逸出功的LaB₆薄膜。

采用Monte-Carlo程序EGSnrcMP对能量为0.8 MeV的电子束辐照烟气脱硫脱硝反应器中的剂量分布进行了模拟计算,将计算的结果运用MATLAB 数学分析软件进行了数据处理,对能量为0.5 MeV的电子束辐照烟气脱硫脱硝反应器中的剂量分布进行了模拟计算,并与文献中实验测量值进行了比较。结果表明:采用EGSnrcMP程序计算所得到的剂量与实验结果吻合。

介绍了同核异能态的特点和诱发同核异能态的几种机制,如直接光激发、电子跃迁诱导核激发(NEET)和电子俘获诱导核激发(NEEC)。同核异能态的诱发辐射研究目前在国际上竞争激烈,尤其是对最近提出的NEEC的研究。同时探讨了在我国开展这些研究的可能性。

为了研究直排型连续波DF/HF化学激光器的启动特性,建立了一套化学激光器气流通道双喷管小型实验模型。以氮和氦作为引射介质,采用两种面积比的引射喷管,进行了启动实验。实验表明,当以氮作为引射介质,采用大面积比的引射喷管进行实验时,实验数据与1维理论计算结果相差很大。分析认为,该次实验中,在引射喷管内剧烈地膨胀后,部分N2已经发生相变,理论计算采用的1维定常流处理法已经不再适用。计算表明,连续波DF/HF化学激光器中的光腔燃料和副稀释剂He不会发生相变,但当以N2作副稀释剂时,副稀释剂喷管面积比不能过大。

针对Chan-Vese(C-V)模型局部控制能力差的缺点,将基于区域的C-V模型和分割曲线的局部信息结合起来,提出了一种新的水平集图像分割算法。该算法以C-V法的分割曲线为初始曲线,以获得全局收敛性,在后继分割中引入分割曲线的局部信息,以提高模型对图像中微弱信号的分割能力。对闪光照相图像的数值实验表明,该算法噪声抵抗能力强,对初始轮廓位置不敏感,能实现对含细长拓扑结构和微小孔洞的弱边界闪光图像的自动分割。

为了研究6H-SiC材料制作的pn结二极管探测器的辐照特性,采用蒙卡程序模拟研究了4.3和1.8 MeV能量的α粒子在辐照探测器中的物理过程。介绍了二极管探测器的工艺制作和物理参数,根据其结构建立了仿真模型,利用蒙卡程序进行了α粒子照射的仿真研究。研究结果直观地反映了α粒子在探测器中的输运情况。α粒子在探测器中的辐射效应主要是电离作用,电离产生的电子-空穴对形成一定的分布。给出了α粒子在探测器中的电离能量损失分布及二极管探测器的电荷收集效率表达式。

设计了一种辉光放电触发赝火花开关,进行了He气介质下的放电实验研究。测得了耐受电压和气压关系,结果表明:随着气压的升高,开关耐受电压减小;开关电极孔径为3 mm、电极间距为4 mm时的耐受电压约是电极孔径和电极间距均为3 mm时的85%。在电极孔径和电极间距均为3 mm时,研究了辉光放电电流、气压、触发电压等参数对开关时延、抖动的影响。结果显示:当辉光放电电流大于0.45 mA、气压为7～30 Pa、触发电压达到一定值,开关就能比较稳定地触发,时延短、抖动小。在辉光放电触发下,实现了开关耐受30.5 kV、时延223.2 ns的输出,并实现了开关抖动小于1 ns的稳定输出。

为了更好分析系统的放电特性和工作状态,优化脉冲功率源系统的设计,研制了一套1.2 MV重复频率高功率微波驱动电源测试诊断系统。通过研究高电压、大电流测试技术和数据采集、信号处理、故障诊断技术,同时运用虚拟仪器和电磁兼容等技术,探索开发了一套重复频率脉冲电压电流测试诊断系统。结合系统的研制需求,通过分析各种数据采集设备的优缺点,硬件选用了凌华公司的PXI数据采集系统,软件采用LabVIEW,设计开发了重复频率快信号的采集诊断程序,研制出实时诊断系统,并在1.2 MV重复频率脉冲电源系统中应用,实现了对重复频率电源关键点电压电流的测试以及数据的诊断、处理和远程在线监测,出现故障时报警、存储数据并自动断电等功能。

磁芯是直线变压器驱动源(LTD)的关键部件之一,起着初、次级能量传递和次级电压感应叠加的作用,磁芯的能量传递效率对LTD系统的效率、体积和重量影响显著。对LTD系统中影响磁芯能量传递效率的原因进行了初步的分析,并利用Pspice软件的非线性磁芯模型对磁芯的工作过程和损耗进行了模拟计算,最后对LTD磁芯的能量传递效率进行了初步的实验研究,在工作电压为20 kV时、脉宽约220 ns时,在28 Ω负载上获得了大于60%的能量传递效率。

设计并理论分析了高变比型螺线空芯脉冲变压器的输出特性,讨论了变压器次级输出电压达到最佳值的条件,对设计的空芯变压器进行了模拟计算和实验研究。结果表明:该种变压器型脉冲功率电源可直接利用市电充电,在初级变储能电容器充电800 V的条件下,变压器次级所接形成线负载的输出电压达到350 kV,变压器设计变比1∶700、耦合系数0.52;实验结果与计算基本吻合。

研制了一种基于直线变压器技术的脉冲功率系统,采用水介质脉冲形成线并联充电作为脉冲形成装置。分析了给形成线充电时泄漏电阻对充电电压效率和能量效率的影响,给出了泄露电阻的能量损耗率计算公式;结合实验参数计算了本实验中水介质形成线的泄漏电阻,介于8.2 kΩ与3 kΩ之间。根据泄露电阻取值范围,分析了双模块和四模块实验中水介质形成线充电过程中的电压效率与能量效率,结果表明水介质形成线的能量损失占其获得能量的5%～12%;计算结果同时表明:随着实验模块数增加,能量损失逐渐增大。

研制并实验测试一台65 T脉冲强磁场磁体。磁体线圈采用14层纯铜导线与Zylon纤维交替缠绕而成,内绕组采用分布式加固技术,实现应力分布的优化,外层由不锈钢套筒与碳纤维加固。内外绕组分别采用两种不同横截面导线平衡能量分布,实现内外绕组温度分布相对均匀,避免局部过热。磁体孔径为12 mm,高为120 mm,通过1 MJ/3.2 mF/25 kV高储能密度电容器供电,在20.6 kV电压时,获得了磁感应强度为65 T、持续时间为20 ms的脉冲磁场。

应用部分相干理论推导了部分相干贝塞尔涡旋光束经过透镜聚焦后的光强分布表达式。在雷利散射范围内,利用光作用在介质球上的梯度力和散射力公式,主要讨论了拓扑荷数、相干长度、参数α以及介质球的大小选择对于梯度力和散射力的影响。数值模拟结果表明,作用在介质球上的梯度力和散射力随着拓扑荷数、相干长度或参数α的增大而减小。当拓扑荷数为0,1时,稳定的3维光阱能被获得,并且能被应用于操控折射率低于周围媒介的粒子。

采用放电泵浦KrF准分子激光放大器放大波长为248.4 nm的紫外超短脉冲激光。对于能量为0.7 mJ、脉宽为550 fs的输入脉冲,在光束直径保持10 mm不变的条件下,能量放大到15 mJ,脉宽展宽到1 200 fs。为了压缩输出脉冲宽度,分析了群速度色散和自相位调制效应对脉宽展宽的影响。利用棱镜对,采用4种不同的实验方案对脉冲引入负的线性频率啁啾,以补偿KrF准分子激光放大器CaF2窗镜中的群速度色散和自相位调制对脉冲引入的正的线性频率啁啾。结果表明:在放大器之前放置棱镜对的方式可以在保持输出脉冲能量为15 mJ的同时,在棱镜对间距为110 cm的条件下,将输出脉冲宽度压缩到370 fs,输出波长为248.4 nm、带宽为0.4 nm。

为实现重复频率大能量激光输出,基于Yb:YAG激光介质低温下良好的热特性和激光特性,设计了12 kW高功率激光二极管(LD)阵列泵浦的V型腔低温Yb:YAG激光器(液氮温度)。对于泵浦耦合系统和散热结构两个关键点,分别使用光线追迹方法和有限元方法进行了分析,提出了楔形真空窗口和低温热管等解决方案。模拟结果表明,该设计的激光器热效应较低,可实现重复频率大能量输出。

为了克服常规静电微机械驱动器所存在的静电吸合现象,基于非均匀分布的静电场可以产生排斥力的原理,设计了一种新型的微机电系统变形镜驱动器。驱动器由5组电极构成,最大的一组由中心质量块和位于正下方的下电极组成,其它4组分别位于各条边上。中心质量块由4根L形弹簧支撑,每根弹簧分别固定于驱动器的4个锚点。利用有限元软件对驱动器的频率响应和暂态响应特性进行了仿真,结果表明,谐振频率高达4 kHz,暂态响应时间小于0.05 s。利用表面硅工艺加工出了驱动器,并利用白光扫描干涉仪对驱动器的静态位移电压特性进行了测试,测得驱动器在70 V激励电压下的形变量为1.4 μm。

目前常用的遥感薄云去除法是同态滤波法,但由于所采用的滤波器的局限性,传统的同态滤波法只能去除处于低频区域的云,而对处于高频区域的云则没有处理效果。因此在研究传统同态滤波算法,选取性能最佳的频域滤波器对图像进行处理的基础上,引入了空域3×3中值滤波,用像素点3×3邻域内9个像素点的中值来代替该点的像素值,旨在对前者无法去除的高频突变云区进行处理。而后结合主观视觉和客观统计分析两方面对仿真结果进行评价,经分析表明,用该方法处理过的影像在信息未受损失的情况下,高频突变云有所减少,达到了预期目的。

为了研究飞秒激光诱导水光学击穿阈值随激光脉冲参数的变化关系,采用四阶Runge-Kutta方法对飞秒激光诱导水光学击穿的椭球体模型进行了不同脉宽(40~540 fs)、波长(400~1 200 nm)和光斑尺寸(0~200 μm)下的数值模拟。通过控制变量法得出阈值光强与这些激光脉冲参数的关系曲线图,据此定性分析了阈值光强与激光脉冲参数的变化特征趋势。应用光强与功率、能量、辐照曝光量和电场强度之间的关系,得到了它们随激光脉冲参数脉宽、波长和光斑尺寸的动态关系,这为进一步研究飞秒激光与水和含水介质的相互作用提供了理论依据。

提出一种利用最大平均相关高度(MACH)算法识别复杂云层背景目标的改进滤波器设计方法。在MACH滤波器设计中,通过对云层背景功率谱的统计特性分析,数据拟合得到云层背景功率谱的分布函数,用以代替传统的白噪声模型;提取飞行目标的姿态变化图像,并作阈值化处理,得到训练样本。对不同云层背景和姿态变化目标的相关识别结果表明:改进滤波器的平均峰值相关能量比为0.71%,峰值鉴别率为092,可以有效抑制云层背景的干扰,对姿态变化目标识别的鲁棒性较好。

报道了近年来在电解加工技术制备理论密度金属薄膜和电沉积技术制备金属纳米丝阵列材料等领域取得的进展。采用硫酸＋甲醇电解液体系获得了表面粗糙度小于30 nm的钛膜。采用阳极氧化铝模板电沉积技术制备出长度约10 μm、直径约300 nm的金纳米丝阵列。主要讨论了电解液配方及电解加工参数的选择,金属纳米丝直径与长度的控制等问题。

针对惯性约束聚变(ICF)物理实验对具有微加工能力低密度CH泡沫材料的需求,介绍了对二乙烯基苯泡沫的高内相乳液(HIPE)法制备工艺,并讨论了引发剂含量、乳化剂含量、苯乙烯的比例和无机添加剂等对泡沫形貌结构的影响,获得了低密度对二乙烯基苯泡沫的优化制备配方。不同密度对二乙烯基苯泡沫的形貌结构、力学性能和加工性能的表征结果表明:所得泡沫由开孔状球形孔构成,球形孔的直径在1~10 μm之间,孔壁上具有直径为0.2~2.0 μm的圆形孔洞结构;在密度为50 mg/cm3时,泡沫具有5 MPa的弹性模量;通过微加工技术能够获得ICF所需柱状和片状低密度泡沫微靶样品,样品最小尺寸可达100 μm。

采用视觉检测技术及图像处理技术相结合的方法,实现了直径约为5 μm钨丝丝阵负载单丝的垂直度,相邻两根微丝的间距,丝阵上是否有异物,丝是否断裂等装配参数的自动、连续、无损检测。研究了视觉检测系统图像采集和配置方法,构建了Z箍缩丝阵负载装配参数视觉检测系统。实验结果表明,视觉检测系统的检测精度达2 μm,可以精确地检测出丝上异物和丝是否断裂,满足Z箍缩丝阵负载装配参数的检测要求。

采用直流磁控反应溅射法,分别在室温,200,300,400和500 ℃下制备了HfO₂薄膜。利用X射线衍射(XRD)、椭圆偏振光谱(SE)和紫外可见光谱(UV-vis)研究了衬底温度对HfO₂薄膜的晶体结构和光学性能的影响。XRD研究结果显示:不同衬底温度下制备的HfO₂薄膜均为单斜多晶结构;随衬底温度的升高,(-111)面择优生长更加明显,薄膜中晶粒尺寸增大。SE和UV-vis研究结果表明:随衬底温度升高,薄膜折射率增加,光学带隙变小;制备的HfO₂薄膜在250～850 nm范围内有良好的透过性能,透过率在80%以上。

利用光线追迹的方法模拟了KBA显微镜成像,确定了光轴的方向并计算了KBA显微镜的几何调制传递函数。根据KBA模拟光路,提出了利用可见光作为模拟KBA-X射线显微镜的光轴在激光原型装置上的瞄准和安装的方法,该方法掠入射角的调节精度为0.25°。利用周期为20 μm的Ni网格在激光原型装置上对KBA显微镜进行了X射线成像实验,用X射线CCD记录图像,获得了较清晰的网格图像。

提出一种基于统计逼近的改进Stoilov算法,可以除去光学元件检测中展开相位时遇到的奇异点和超大误差,提高测量精度。通过重构瑕疵表面3维形貌,并对规则几何形状光学元件表面进行拟合,建立光学元件瑕疵检测理论模型,可以有效对光学元件表面瑕疵进行检测。把该算法和模型运用到光学平晶瑕疵检测中,测出光学平晶的微小划痕深度为40 nm。

为了寻找一种膜系深入分析与设计的有力辅助计算工具,从光学薄膜光谱系数的矩阵计算理论出发,基于对矩阵求迹运算的巧妙运用,从数学上建立了准确计算膜系光谱系数关于膜层几何厚度、实际折射率和消光系数等膜层参数的一阶和二阶偏导数的解析模型。这一偏导数计算模型物理上与矩阵理论具有一致的通用性和普适性,适用于任何各向同性的均匀膜系统。在数学上也严格成立,数值编程计算不存在差分近似,精度达到了计算机浮点运算的极限精度。而且算法运算费时少,计算速度快,取得了高度准确性和便于实时化的双重优越性能,非常有利于应用于膜系设计领域来提高膜层数较大时的设计速度和效率。同时,这一模型能非常便捷和准确地给出膜系许多实用的导数信息,对膜系分析、测量和膜厚监控等领域中的相关应用具有重要的参考意义。

在激光多普勒测速仪中,为了减小由信号处理算法带来的测量误差,提出运用频谱校正算法对多普勒信号的频谱进行校正,详细阐述了能量重心法、比值法和相位差法3种离散频谱校正算法的基本原理,运用这3种算法对理想正弦信号进行仿真,并运用比值法对信号施加不同频率和信噪比的噪音下的正弦信号和实测的多普勒信号进行仿真及实验研究。结果表明:3种算法都可以使信号的频率更接近于真实值,其中能量重心法校正精度相对较低,比值法和相位差法精度较高,尤其是比值校正算法处理速度更快,校正的精度基本不受信噪比的影响。将比值法运用于激光多普勒测速系统,与光接收计数法测量结果进行比较,结果显示:校正后比较正前激光多普勒测速仪测量相对精度提高了2～3倍。

基于空心阴极效应和低压辉光放电原理,设计了一种小型空心阴极等离子体电子枪并进行了实验研究,在低气压下获得了稳定的空心阴极辉光放电,测量电子枪放电结果表明:在空心阴极中加入灯丝热子可明显降低放电气压;电子束电流的大小随放电电压增大而增大,受气体气压影响较小;在气压2 Pa,放电电压10 kV,脉宽4 μs脉冲下放电,可得到脉宽为2 μs,电流为600 mA的电子束。

研究了计算同轴正弦型慢波结构耦合阻抗的方法,以及慢波结构参数变化引起的共振点变化对各次空间谐波振幅的影响。得到了1.6 GHz同轴相对论返波振荡器耦合阻抗随其慢波结构参数的变化规律,并与相应的效率模拟结果进行了比较。结果表明在近线性范围内耦合阻抗结果和模拟结果符合得很好。并用表面波理论对两种结果之间存在的误差进行了分析。

建立了真空中高功率微波作用下介质窗表面电子运动2维仿真模型,充分考虑了微波电磁场及介质表面静电场等影响因素。通过对不同电子出射初始角度和微波场参数(电场幅值、频率及电子出射时电场相位)对电子运动状态影响的仿真分析,得到了二次电子倍增过程中电子在复合场下的运动轨迹、电子重新返回介质表面的撞击能量及返回时间等状态参数,获得了电子运动状态参数随电子出射角度和微波场参数的变化规律。研究发现:电子出射角度对其运动状态有显著影响,电子存在运动轨迹最大的某一出射角度,该角度下电子拥有最大的撞击能量;微波电场幅值的增加将使电子撞击能量增加,返回时间减小,微波电场相位的变化使电子的撞击能量和返回时间呈周期振荡,这从本质上解释了电子数量在二次电子倍增过程中以微波频率两倍周期振荡的原因;随着微波频率的增加电子将由简单的类抛物线运动转变为复杂的振荡运动。