为了提高光束质量和能量集中度, 在SILEX-I超强超短脉冲钛宝石激光装置上进行了自适应光学波前校正系统实验研究, 研究了波前校正系统对波前畸变、远场焦斑及能量集中度的改善情况。该系统基于相位共轭原理, 主要由哈特曼波前传感器、变形镜、电控单元及控制软件等组成。实验结果表明：进行波前校正后, 波前峰谷值从1.885 μm下降到0.438 μm, 均方根值从0.379 μm下降到0.052 μm；远场焦斑有明显改善；超过峰值通量1/e2的区域的能量与总能量之比为72.4%。

测试了经化学蚀刻、紫外激光预处理及其共同处理后的熔石英355 nm激光损伤阈值；研究了处理前后其损伤斑面积随激光辐照脉冲数的增长情况。结果表明, 处理后熔石英355 nm激光损伤阈值得到了提高, 且损伤斑面积增长变慢。利用CO2激光对熔石英表面损伤点进行了修复处理, 修复后的损伤点R-on-1抗损伤阈值和基底阈值相当, 损伤增长得到有效抑制。

建立了熔石英后表面3维横向划痕模型, 并采用3维时域有限差分方法对熔石英亚表面划痕周围的电场强度进行了数值模拟, 分析了划痕宽度、深度、长度以及划痕倾斜角度对入射光场的调制作用, 结果表明：随划痕深度和划痕长度的增加, 熔石英内的最大电场强度增大, 且当划痕长度达到1 μm以上时, 最大电场强度趋于稳定；划痕结构因子在1～2之间的划痕较容易引起熔石英损伤；而入射激光在划痕界面和后表面之间发生内全反射时, 后表面上的光强增强效果更加明显, 因此减少角度范围在20.9°～45°之内的划痕能大幅提高熔石英的损伤阈值。

为了研究相干合成系统发光单元的偏振方向对相干合成远场光强分布的影响, 以1维线性分布的阵列为例, 利用傅里叶方法分析得到了单个发光单元的偏振方向偏离时相干合成的远场光强的解析表达式。数值计算结果表明：光源偏振方向的偏离使得远场中心光斑的峰值光强减小, 光强的最小值不再为零, 次瓣所包含的能量增大, 但图样仍成对称性分布。对于5个单元合成系统, 当单个发光单元偏振方向偏离π／2时, 峰值光强减小到原来的68%左右。

大气温度廓线及其时间演变特征资料在地球科学领域具有重要的应用, 为获取高时空分辨的大气温度的垂直分布, 建立了瑞利-拉曼温度测量激光雷达。介绍了瑞利-拉曼激光雷达进行温度测量的主要原理和研制的瑞利-拉曼激光雷达的主要参数；数据处理方面, 通过背景噪声剔除和小波算法降噪提高系统的信噪比；使用研制的激光雷达对大气温度廓线进行观测, 将观测结果与大气模式数据和卫星观测结果进行对比, 均显示较好的一致性,证明了激光雷达温度测量结果的准确性, 其温度测量数据可以用于气象学研究。

根据不同的泵浦方式, 对多模光纤放大器运用多模速率方程组, 采用四阶龙格-库塔法数值计算和分析了在不同泵浦方式下的泵浦效率和信号光在光纤放大器中的传输、放大行为, 并研究了在光纤放大器光纤长度有微小变化(mm量级)的情况下, 输出光的光束质量与光纤长度的关系。结果表明：输出信号光的光束质量因子随光纤长度微小变化而呈准周期变化, 周期与信号光耦合入光纤放大器的本征模式间的传播常数差有关。

基于角谱衍射理论, 采用2维离散傅里叶变换和将双衍射孔径进行投影合并的方法, 推导了斜入射情况下猫眼效应反射光的衍射传输过程, 通过数值计算分析了入射角和衍射距离对衍射光场分布的影响规律, 并实验验证了入射角的影响规律。结果表明, 这种方法能够准确描述大角度入射时的反射光衍射光场分布, 入射角对其衍射光场分布模式的影响相当于增大了衍射距离。依据入射角与衍射光场分布模式之间的对应关系, 可对猫眼目标进行参数识别研究。

基于Taylor湍流冻结假设理论, 在不同湍流折射率谱型条件下, 推导得出了光波闪烁和相位起伏频谱的表达式；数值计算了湍流谱型中折射率标度指数、内尺度以及外尺度变化时对光波频谱的影响。结果表明：随着折射率起伏标度指数的增大, 闪烁频谱的低频段不再仅为常数, 高频段下降的幂率逐渐增大, 同时相位频谱在整个起伏频率段下降的幂率越来越大；湍流内尺度的增加将引起光波频谱的高频段下降的幂率越来越大；而随外尺度的减小, 闪烁频谱低频段的振幅减小, 这种影响在大口径接收时较为明显, 相位谱的低频段幂率减小。

介绍了自行研制的米散射多普勒激光雷达的系统结构。针对系统存在的问题, 对接收机子系统、工作时序、扫描方式等方面作了改造。实验结果表明：改造后系统光学鉴频器的频谱稳定性提高了2.8倍；消除了系统近距离的探测盲区；在0~2.5 km的高度范围内, 当垂直距离分辨力为21.2 m、脉冲累积数为9 000发时, 改造后的米散射多普勒激光雷达系统连续30 min测量的水平风速大小和方向的标准偏差的最大值分别小于1 m/s和18.3°, 平均值分别小于0.43 m/s和7.7°；与探空仪的风场对比测量结果吻合得很好；当每个径向脉冲累积数为1 000发时, 采用四波束扫描获得的2 km以下东西方向径向风速的相关系数为0.99, 偏差为-0.038 m/s, 标准偏差为1.34 m/s。

根据广义惠更斯-菲涅尔衍射积分方法, 推导出按矩形方式排布的部分相干高斯-谢尔模型阵列光束的光谱传输公式, 定量分析了部分相干高斯-谢尔模型阵列光束在自由空间传输时轴上和离轴相对谱移的变化, 并详细讨论了阵列参数和子光束的空间相干参数对相对谱移的影响。结果表明, 部分相干高斯-谢尔模型阵列光束通过自由空间传输后, 其相对谱移与光源处的谱密度、子光束的空间相干参数以及子光束数目和子光束间距等阵列参数有关, 其中, 阵列参数对相对谱移的影响非常显著。

针对氧碘化学激光器的金属喷管在使用过程中需加热保温且存在结构复杂、故障率高等问题, 初步选择了几种可用于加工无加热喷管的非金属材料, 并以kW级氧碘化学激光器为原型, 以聚酰亚胺为例, 对激光器运行条件下的喷管温度场进行数值模拟,以验证此种非金属无加热喷管的可行性。结果表明：与金属喷管相比, 非金属喷管在不加热保温的情况下能够有效阻止热量传递, 防止碘蒸气冷却凝结, 满足激光器喷管的使用要求。

介绍了一种具有fs时间分辨力的超短脉冲激光频域干涉测试技术, 详细论述了该技术的工作原理和系统构成, 指出传输时间差和相位差是影响频域干涉条纹周期的主要因素。采用脉冲激光频域干涉仪测量了200 nm厚度铝膜在波长800 nm、单脉冲能量0.7 mJ、脉宽35 fs脉冲激光作用下的运动速度剖面。在单次飞秒脉冲激光作用下, 铝膜自由面的运动速度峰值可达960 m/s, 速度剖面的上升前沿小于5.77 ps,表明脉冲激光频域干涉技术可用于测量材料在超快脉冲激光作用下的冲击动力学参数。

分析了将多块较小的光栅使用机械拼接的方式制成超大面积光栅, 能解决大面积光栅目前无法整块生产的情况, 在实际拼接中光栅会出现很微量的应力变形。根据拼接光栅通常的形变特点, 采用标量衍射理论建立了光栅形变的理论模型, 并就两块光栅拼接的情况进行了计算和分析, 发现形变同拼接误差一样, 会对光栅的远场光强产生负面影响, 微小的变形量都对远场光强造成破坏, 因此对衍射光场的影响不可忽略；获得了光栅机械形变的容限；最后给出了预防形变的措施:可着重减小y方向上约束, 并使用多层介质膜光栅降低光栅对能量的吸收。

通过加热光子晶体光纤, 其包层中空气孔由于表面张力的作用而塌缩减小。理论和实验结果表明, 空气孔的塌缩在满足波导的渐变条件下, 引入的能量损耗非常小。空气孔的塌缩减小, 可以有效地增加光子晶体光纤的模场直径, 从而不仅可以提高光耦合的效率和光纤端面的损伤阈值, 而且可以降低与其它模场直径不匹配的普通光纤的熔接损耗。

建立了角锥棱镜的偏振模型, 分析了角锥棱镜对入射线偏振光的偏振态的影响, 分析表明角锥棱镜的单个入射区域存在特殊的偏振方向, 该方向的线偏振光被角锥棱镜反射后仍然是线偏振光。利用角锥棱镜的该特性设计了腔内存在线偏振光振荡的角锥棱镜激光谐振腔, 能够使用电光开关调Q, 在振动环境中具有较好的抗失调稳定性。研制了激光器样机并进行了实验, 在重复频率为10 Hz时, 输出激光单脉冲能量大于300 mJ, 光束质量因子β值在2左右, 实验结果也表明角锥棱镜的棱和顶点并不影响输出激光的光束质量。

为降低半导体激光主动照明红曝, 选择波长880 nm大功率半导体激光器作为新型激光主动照明成像系统光源。根据光纤耦合过程光参数积不变原理, 研制出波长880 nm大功率半导体激光器阵列单光纤耦合模块, 利用光纤匀光作用使激光光束匀化整圆后用于激光主动照明。首次在波长880 nm大功率半导体激光器上采用阶梯反射镜光束整形方法, 使激光光参数积与光纤匹配, 激光高效耦合进入纤芯400 μm、数值孔径0.22的光纤。室温条件下光纤耦合模块连续输出功率44.9 W, 电光转化效率35%, 波长880 nm大功率半导体激光器阵列光纤耦合模块, 不仅其红曝小而且对应CMOS图像传感器光谱响应度较高, 系统成像质量好。

在激光辐照行间转移CCD相机的实验中发现了关于CCD串扰效应的一个新现象, 即在串扰线上出现缺口, 该缺口紧邻主光斑上侧且随光强增大而减小。基于行间转移面阵CCD的构造和工作过程, 利用CCD串扰效应的一种新机制对现象作出了合理的解释。串扰线的形成依赖于在垂直转移动作过程中CCD信号积分势阱中的载流子向垂直转移CCD寄存器中的溢出。串扰线上缺口的出现则是由于CCD的信号积分势阱被读出转移动作清空后再次填满需要经过一定时间, 该时间内无信号电荷溢出至转移沟道；读出转移清空存储势阱的时刻是构成主光斑的主体信号电荷按正常时序进入垂直转移CCD寄存器的时刻, 故缺口紧邻主光斑的上侧；光强越大, 光电子再次填满存储势阱乃至溢出形成串扰线所需要的时间越短, 则缺口越小。

提出了一种光学亚纳秒分幅时间多幅数字图像记录系统, 能够满足激光飞片和爆磁箍缩等极端条件下, 对频率在108～1010 Hz的高速摄影需求。介绍了系统的设计方案和工作原理, 提出了制约系统指标的关键技术如精密同步、高速高压脉冲源及解决方案。利用后台集中控制加上高精度的延迟单元提供各子系统的精密同步, 利用雪崩三极管阵列构造纳秒和亚纳秒级的高压脉冲源驱动电光晶体偏转, 利用8位可编程模拟延迟器件DS1023-25和FPGA器件结合获得ps精度的时间延迟。实验获得了幅度4 000 V、前沿小于5 ns的脉冲, 任意时长、ps级精度的同步单元, 对各子系统的同步协同工作也进行了调试。

利用一座小型跨超声速风洞进行了高速流场光传输特性试验研究。光束在高速流场中传输时, 由于流场密度变化, 光波波前会发生畸变。利用风洞提供0.7, 2.0和3.0等气流马赫数的流场条件, 采用基于夏克-哈特曼波前传感器的光学测量系统, 对光束在风洞流场中传输时的波前畸变进行了测量。试验结果表明：随着风洞流场马赫数增加, 流场对光波传播的影响增大, 光波波前畸变量显著提高。因此, 在利用风洞进行气动光学试验研究之前, 有必要消除风洞流场本身对光波传输的严重干扰。

为了提高光学元件波前中频PSD计算的精度和有效频谱宽度, 提出了填补波前无效数据的双线性插值法和抑制欠采样噪声的六采样点插值法。模拟计算和实验结果表明：双线性插值法有效地保证了填充数据与真实数据的一致性,抑制了零填充方法引入的虚假中高频信息,使得填补后的PSD与原始PSD较好地吻合；六采样点插值法有效地分离了信号和欠采样噪声, 使得有效PSD频谱上限从1/2 Nyquist频率提高到Nyquist频率。

为了提高激光无铅钎焊的速度, 对影响激光无铅钎焊速度的因素(如激光的参数、所用钎料和基体的特性、钎焊的系统结构等)进行了分析研究。研究认为, 在激光器、钎料及基体等已定的情况下, 相对于那些受到机械惯性制约的移动激光加工头或移动工作台的激光钎焊系统, 一种配备了振镜扫描系统和f-theta聚焦透镜的激光钎焊系统具有更高的钎焊速度。另外, 对激光钎焊过程中激光束的扫描路径进行了优化, 这种优化能在不增加硬件成本的基础上大大缩短总扫描路程, 较大程度地提高激光钎焊速度。最后通过实例对激光钎焊的快速性进行了验证。

在草酸电解液中研究了阳极氧化法制备多孔氧化铝模板(AAO模板)。采用场发射扫描电子显微镜对多孔模板的形貌进行表征, 结果表明：模板孔的分布均匀有序, 孔径在40～70 nm；电解液浓度、氧化电压、氧化温度和氧化时间都会影响模板的形态；不经过高温退火及抛光也可以制得规则排布的多孔AAO模板。X射线衍射分析表明：氧化铝膜的主要成分为非晶态Al2O3。

为满足极紫外、软X射线和X射线大口径多层膜反射镜的需求, 采用基板扫掠过矩形靶材表面的镀膜方法, 在直径120 mm的平面基板上镀制了Mo/Si周期多层膜。通过调整基板扫掠过矩形靶材表面的速率修正了薄膜的沉积速率, 极大地提高了薄膜厚度的均匀性。采用X射线衍射仪对反射镜不同位置多层膜周期厚度进行了测量, 结果表明, 在直径120 mm范围内, Mo/Si多层膜周期厚度的均匀性达到了0.26%。同步辐射测量多层膜样品不同位置处的反射率, 结果表明, 在直径120 mm范围内, 多层膜的膜层厚度均匀, 在入射角10°时13.75 nm波长处平均反射率为 66.82%。

采用可求解可压缩流动与传热的全速度SIMPLE算法, 对低功率氩电弧加热发动机内部的传热与流动进行了数值模拟, 获得了电弧加热发动机内的温度、速度、马赫数及流线分布。计算结果表明：电弧加热发动机内最高温度出现在阴极下游附近中心轴线处, 这是因为电弧在阴极表面收缩形成阴极弧点, 从而焦耳热成为该高温区的主要加热机制；沿着发动机中心轴线, 气体温度和速度开始时随着距阴极距离的增加而迅速增加, 然后在等离子体流向喷管出口的过程中, 气体温度和速度逐渐下降。此外还详细考察了弧电流变化对电弧加热发动机内部传热与流动特性的影响, 计算获得的发动机流量和比冲与实验结果基本一致。

为实现惯性约束聚变靶用空心玻璃微球的干凝胶法高效制备, 从数值模拟和工艺实验两个方面研究了载气组份对干凝胶粒子炉内成球过程及最终空心玻璃微球性能的影响。结果表明：载气组份显著影响粒子/微球与载气之间的热量和质量传递过程, 但载气组份对粒子/微球在炉内的下落速度影响很小；提高载气中氦气的体积分数可以显著提高干凝胶粒子在吸热阶段的升温速率, 更为迅速有效地完成封装过程, 这不仅使得干凝胶粒子发泡成为空心球的比例增大, 而且还有利于制备得到大纵横比的空心玻璃微球；但是, 在载气中保持适当体积分数的氩气, 有利于提高玻璃微球的表面质量和成品率。当载气中氦气的体积分数在50%~80%时, 干凝胶粒子的成球率较高, 空心玻璃微球的球形度、同心度和表面粗糙度能满足制靶要求。

利用1维粒子模拟程序, 研究了超短超强激光脉冲与超薄双层靶(基底层和加速层厚度均为nm量级)相互作用产生准单能质子束的过程。研究表明, 基底层厚度及加速层厚度对质子能谱的影响至关重要。减小基底层厚度, 靶后静电场增强, 质子的最大能量显著增大；减小加速层厚度, 靶后静电场分布变得更加均匀, 质子能谱中心能量变化不大, 单能性变好。通过优化参数, 获得了能散度为7%的准单能质子束。

从光线传播的角度分析了非周期多层膜Kirkpatrick-Baez(KB)显微镜的成像性能, 并与单层膜KB显微镜、周期多层膜KB显微镜进行了对比。与单层膜KB显微镜相比, 多层膜KB显微镜提高了工作掠入射角度, 在同样分辨力和集光效率要求下具有更大的视场。周期多层膜KB显微镜的反射率和能量分辨本领高于非周期多层膜KB显微镜, 但非周期多层膜元件具有较大的角度带宽和均一的反射率, 克服了周期多层膜KB显微镜视场范围和像场均匀性的不足。在此基础上, 制备了中心角度1.133 0°的非周期多层膜反射镜元件, 以8 keV能量的X射线光管为背光源进行了KB显微镜成像实验, 实验结果与理论分析一致。

通过对微机械薄膜变形镜影响函数矩阵的奇异值分解, 构建了变形镜可以校正的像差模式空间, 分析了变形镜对正交基模式的校正能力和校正范围, 提出了一种变形镜闭环迭代控制算法。通过对影响函数矩阵低秩近似的方法滤除校正性能较差的基模式的影响, 实现了对畸变像差的有选择校正。以人眼出射波前为对象进行实验, 通过比较不同模式项数校正时的效果, 确定了最优校正模式项数的范围, 通过设置残差容限的方法, 消除了人眼晃动和眨眼的影响。实验结果表明:控制算法能通过选择合适的校正项数, 提高变形镜的校正性能, 并获取到了高清晰度的人眼视网膜图像, 为眼科疾病诊断和治疗提供了一种新的观察手段。

在4 MA以下电流驱动Z箍缩黑腔辐射特性和耦合效率研究牵引下, 研制出了柱型动态黑腔。利用CHO低密度泡沫的自持能力,结合辅助夹具解决了泡沫柱的装配及定位问题。基于负载丝受小应变作用, 丝阵和泡沫柱通过μm量级的自由滑动和转动,具备自动适应靶室环境变化能力。实验结果表明:研制出的动态黑腔在Angara-5-1装置环境中具有自动适应能力, 各项参数满足物理实验的需求, 获得的最高动力学黑腔X光辐射温度为62.7 eV, 实验结果重复性优于91.5%。

低密度CH聚合物多孔材料是惯性约束聚变(ICF)的重要靶材料, 利用热致相分离原理对低密度聚环己基乙烯泡沫的制备进行了研究。首先通过聚苯乙烯(PS)氢化反应制备了聚环己基乙烯(PVCH), 经过溶剂选择, 确定以环己烷/1,4-二氧六环为溶剂体系, 经热致相分离和冷冻干燥技术制备出低密度PVCH泡沫。通过分析溶液浓度对泡沫密度的影响, 确定了泡沫密度与聚合物溶液质量浓度之间的关系, 在0.04~015 g/cm3范围之内可实现对泡沫密度的有效控制。泡沫孔结构测试结果表明随着密度的增加, 平均孔径有升高的趋势, 孔径分布趋于单一化, 孔径范围为23.63~0.83 μm。

在北京同步辐射装置新建4B7B束线没有安装反射率计,且用户空间有限的情况下, 利用X光基准点还原的方法建立了一种Dante谱仪固定角度平面镜反射率标定方法。利用三光束瞄准方法完成了束线软X光基准重建, 通过准直方法实现了平面镜与X光之间的高定角精度, 并采取了相应的角度姿态监测, 最终在实验中得到的平面镜标定角不确定度为1.0 mrad。基于固定角度平面镜多次安装和朝各个方向转动后的标定结果, 获得了高精度的反射率曲线。

介绍了神光-Ⅱ装置配套线成像速度干涉仪光路排布、用于任意反射面的速度干涉仪系统中干涉仪结构的选择及干涉仪的调节。该仪器可以用于测量自由面速度、界面速度和透明材料中冲击波波阵面速度。该仪器的最小时间分辨力可达约20 ps, 空间分辨力高于10 μm。并在神光-Ⅱ装置上进行了动态打靶实验,实验用靶为Al-CH靶,获得了较好的实验图像,测得了CH中冲击波的平均传播速度为24.67 km/s。

新型史密斯-帕塞尔互作用结构是一个同轴型系统, 它包括倒置的曲面镜和柱状光栅, 并且光栅的截面可以是任意形状。用粒子模拟软件MAGIC对新结构进行模拟分析和优化, 由于新结构采用倒置曲面镜, 改变了光栅位置, 大大增加了环状电子注半径, 在同样电子注密度和厚度情况下, 可以获得比改进前结构高几倍的电流, 且辐射功率可提高1个数量级。并给出了新结构及改进前两种互作用结构在3 mm甚至更短波段的粒子模拟分析和计算结果, 其输出功率达到数百ＭＷ以上。

分析了电缆电磁脉冲屏蔽效能传统测量方法的局限, 提出了辐射法测量电缆电磁脉冲屏蔽效能的试验方法。该方法根据互易性原理, 将屏蔽效能定义中的电缆耦合场测量转变成电缆辐射场测量。通过电缆屏蔽前后辐射场的测量, 得到电缆的电磁脉冲屏蔽效能。以SYV50-5同轴电缆为对象, 采用辐射法研究了其对电磁脉冲的屏蔽效能, 试验取得了较理想的效果。由于互易性原理对介质空间除了线性没有特别的要求, 对于传统方法很难处理的多芯电缆、双屏蔽电缆、特种电缆等的屏蔽效能测量, 辐射法测量同样有效。通过改变传感器的类型测量辐射磁场, 还可以得到电缆对磁场的屏蔽效能。

提出了一种新型顶部加U型负载的单极天线结构, 给出了设计思想和结构模型, 该天线采用同轴馈电, 辐射轴向笔状波束且线极化特性良好的波, 在理论分析的基础上具体对其进行了仿真, 并依照仿真的尺寸结果, 加工实物进行了实验研究。仿真结果表明：该天线实现了同轴馈电单极天线的轴向辐射, 当工作频率在4.0 GHz时, 天线轴向增益为8.33 dBi, 轴向轴比为－69.64 dB, 反射系数为0.034；在3.83～4.5 GHz的频率范围内反射系数小于0.1。实验结果表明：该天线在中心频率时测量增益为8.116 dBi, 驻波比为1.098, 并且在3.75～4.50 GHz的范围内驻波比都小于1.2, 可以看出仿真结果与实验结果基本一致, 互相进行了验证。

为了实现高功率微波的多路等幅同相功率分配, 提出了一种新型的使用单圈探针耦合的多路径向线功率分配器。通过对新型探针耦合特性的分析, 设计了一个S波段的16路功率分配器模型, 并对该模型进行了数值模拟和实验测量。实验结果表明：该功率分配器在2.55~3.15 GHz的频带范围内, 驻波比小于14, 插入损耗小于0.3 dB, 输出幅度不平衡度小于±0.5 dB, 输出相位不平衡度小于±5°, 可以在较宽的频带内实现微波的等幅同相功率分配。

为了开展高功率微波(HPM)馈源输出窗介质击穿实验研究, 设计了一种组合型X波段高功率微波(HPM)喇叭馈源击穿实验装置。装置采用变张角喇叭与可移动介质输出窗组合的结构, 通过调节变张角喇叭口面与输出窗间的距离, 使得介质输出窗内表面电场强度可调。数值模拟结果表明：在满足馈源喇叭驻波比小于1.15, E面和H面基本等化的情况下, 当调节变张角喇叭口面与介质输出窗距离在0～400 mm范围内变化时, HPM馈源输出窗上的电场强度变化为32.6~87.0 kV·cm－1, 满足了在真空度3×10－3 Pa、脉冲宽度20 ns条件下, HPM介质击穿对电场强度变化的要求。根据数值模拟结果, 设计加工了HPM介质击穿实验装置, 并成功地应用于GW级HPM馈源输出窗介质击穿实验研究。

射线寻迹是应用一致性几何绕射理论分析电大尺寸目标电磁辐射和散射特性的关键, 它的精度和速度对场值求解结果影响很大。根据反射定律, 推导得出了球面反射点的参量必须满足的一元四次方程, 通过求解方程得到球面反射点。给出了应用此方法得到的部分球面反射点, 并给出了球柱模型附近半波振子天线的远场方向图。一致性绕射理论结果与FEKO仿真结果吻合较好。

通过数值求解半导体方程组仿真了高功率微波脉冲作用下的PIN二极管, 研究了高功率微波脉冲的脉冲宽度对其烧毁的影响。发现脉冲宽度在ns至μs量级时, 脉冲功率随脉冲宽度上升而下降, 并且近似成反比。在此基础上, 基于PIN二极管的Leenov模型和电路的戴维南定理对其机理进行了分析。在脉冲宽度由ns向μs量级变化中, 器件热效应由绝热加热转为有热传导的加热；与此同时, 其实际吸收功率由与入射功率成正比转为与入射功率开方成正比；此二者共同作用导致了脉冲宽度对烧毁影响。

利用ANSYS和COMSOL仿真模拟软件, 对热阴极电子枪的加热结构进行热分析, 得到了阴极加热结构设计的一些规律, 然后通过实验对一系列加热结构进行阴极温度测试, 进一步验证模拟计算的结果, 得到了一种加热效率比较高的结构。该结构在加热功率为100 W时, 阴极温度超过了1 900 K, 达到了铱铈阴极的工作温度。在阴极温度1 800 K左右, 阴极表面引出电场强度为3.6×106 V/m的条件下, 该阴极的最大发射电流达到1.04 A, 发射电流密度约13 A/cm2。

Marx固态脉冲调制器是根据Marx发生器的原理并以绝缘栅双极晶体管(IGBT)固态开关作为开关元件而设计的脉冲调制器。其低成本、高可靠性、小体积等优点可以很好地满足国际直线对撞机(ILC)对脉冲调制器提出的要求。介绍了Marx调制器单元样机主要部件包括IGBT串联高压开关组件、储能电容器、串联高压充电电源以及控制系统样机的研制。Marx调制器单元完成了12 kV高压试验, 各部件达到设计指标, 为单元的模块化生产和多单元的叠加试验提供可靠的数据和保障。

采用时域有限差分法(FDTD)、粒子模拟(PIC)方法和Holland细线算法, 对圆柱腔体内带负载导线的系统电磁脉冲(SGEMP)综合环境响应进行了模拟。计算结果表明：导线负载上的响应电流从大到小依次由透射X射线、SGEMP场和前向电子产生；透射X射线和前向电子产生的响应电流极性相反；SGEMP场在导线负载上响应电流的极性与场分布有关；3种环境在负载上的综合响应中透射X射线的响应最大。对于腔体内的导线来说, SGEMP综合环境防护时透射X射线是重点考虑的因素。

描述了小空间尺度下一种硅外延平面二极管过流时的实验现象, 以电压调控开关的模型解释这种现象。通过电压调控开关模型的二极管间隙间电势变化过程的定性分析可知, 由于空间电荷效应, 超过或临界空间电荷时, 二极管电流有可能呈现振荡特性。通过无限大空间内薄束漂移的时间行为证明了这种振荡存在的可能性。用非线性方程的数学模型对这种现象做了仿真, 仿真结果与实验现象相吻合。

为了克服横向耦合束团不稳定性对合肥光源的不利影响, 在合肥光源(HLS)研制了一套数字横向逐束团反馈系统。该系统使用直接采样前端, 同时针对合肥光源水平方向工作点和垂直方向工作点太过接近的情况, 修改了数字处理器的FPGA程序, 使得单个处理器能够实现独立的双通道反馈。束流试验验证了反馈系统能有效抑制横向不稳定性, 并可以提高注入流强。

介绍了上海光源2台混合型真空室内波荡器IVU25用636件Sm2Co17永磁块(规格为65 mm×25 mm×8.965 mm)和1台APPLE-Ⅱ型椭圆极化波荡器EPU100用668件NdFeB永磁块(规格为35 mm×35 mm×25 mm)的研制情况。指出了影响剩磁离散性、磁化偏角、机械尺寸精度等技术要求的基本因素, 并对其原理进行了分析。研制的Sm2Co17和NdFeB永磁块的磁性能、磁场品质、机械尺寸精度等满足了上海光源首批波荡器插入件技术要求。

利用上海光源束流位置测量系统Libera电子学对储存环轨道数据进行了测量, 分析了Libera对束流位置测量系统探头信号的处理过程, 应用MATLAB软件对数据进行了处理, 采用Welch方法对轨道噪声数据进行了功率谱和积分功率谱分析, 获得了主要噪声源的相关信息, 为消除噪声、提高轨道稳定性提供了依据。实验结果表明：在储存环的不同位置, 噪声功率谱的结构具有相似性；尽管不同频段噪声对功率谱影响不同, 但是噪声源主要来自于低频段的地基振动、支架共振和磁铁电源。

系统提出了一种新的腔式束流位置监测器(BPM), 即跑道型腔式BPM, 并使用微波工作室软件进行了理论研究和模拟计算, 提出了通用设计方法。跑道型腔式BPM的金属腔部分具有跑道形横截面, 引出束流位置偏移激励起的一对偶极模式作为束流位置信号。该方案的偶极模式极化方向固定, 频率分离, 可以解决随机误差产生的横向串扰问题, 其理论位置分辨力可以达到15 nm。

针对闪光图像的特点, 对经典边缘检测算子进行了分析, 发现存在检测出的边缘粗和对噪声的干扰比较敏感的缺点, 提出了一种基于Facet模型的爆轰实验图像边缘检测算法。该方法吸取了其它同类方法的优点, 引进了正交基简化了运算, 用离散正交多项式对图像每个像素的邻域作最佳曲面拟合, 在此基础上使用整体梯度算子寻求二阶方向导数的零交叉点, 最终提取边缘点。结果表明：该方法检测出的边缘细, 并且光滑连续, 对图像噪声干扰有较强的抑制能力, 对于孤立的边缘能够给出较精确的定位。

介绍了10.6 μm波段扫描负折射功率的实时探测系统, 在实验上为探测光子晶体光频波段负折射现象提供了实验平台。该系统通过数据采集卡实现计算机对旋转台及平移台的控制,在以光子晶体样品为探测中心的轨道上,对折射光的整个空间功率分布进行实时采集和绘图。这一实验系统能够精确便捷地实现负折射现象在光频波段的探测。根据折射光最大光功率出现的位置,测得光束通过光子晶体样品的负折射现象, 而且与理论结果基本吻合。

为明确脉冲功率装置开关触发延迟时间和抖动测量的可信度, 进行了不确定度评定。使用拟合的线性关系式结合示波器水平分辨力导致的不确定度建立开关延迟时间不确定度的数学模型；根据抖动的定义建立抖动的测量不确定度数学模型。两者均按不确定度评定。以相关实验数据为基础计算了各个不确定度分量、合成标准不确定度以及扩展不确定度。按工程测量要求置信概率为95％, 取包含因子为2, 可得初级实验平台(PTS)单路样机激光触发开关触发延迟时间测量的扩展不确定度为0.38 ns；抖动测量的扩展不确定度为0.13 ns。延迟时间和抖动测量结果的不确定度满足实验分析的要求。

在熔石英表面人工溅射一层Al膜污染物, 分别测试污染前后熔石英基片在355 nm波长激光辐照下的损伤阈值, 并采用透射式光热透镜技术、椭偏仪和光学显微镜研究了污染物Al膜的热吸收、厚度以及激光辐照前后熔石英的损伤形貌。用355 nm波长的脉冲激光分别辐照位于污染的熔石英和洁净的熔石英前后表面的损伤点, 并用显微镜在线采集损伤增长图样, 测试损伤点面积。实验表明：熔石英前表面的金属Al膜污染物导致基片损伤阈值的下降约30%, 后表面的污染物导致基片下降约15%, 位于熔石英样片后表面损伤点面积随激光辐照次数呈指数增长, 而位于前表面的损伤点面积与激光脉冲辐照次数呈线性增长关系；带有污染的熔石英样片的增长因子比洁净的熔石英样片的增长因子高30%。

采用5 kW CO2激光器在低碳钢表面熔覆Co基合金涂层及TiN/Co基合金复合涂层, 研究了两种涂层的组织、显微硬度以及滑动磨损性能。结果表明, Co基合金涂层主要组成相为γ-Co,ε-Co,Cr23C6等,TiN/Co基合金复合涂层组成相为γ-Co,ε-Co,Cr23C6,TiN和TiC等。Co基合金涂层由发达的γ-Co枝晶和其间共晶组织所组成, TiN/Co基合金涂层典型组织为等轴固溶体以及细小的共晶组织。TiN对熔覆层的组织有显著的改善作用, 促使其组织细化, 树枝晶向等轴晶转化, 同时可显著提高Co基合金涂层的显微硬度及耐磨性能。

根据量子密钥分发协议的原理和单光子探测器的工作模式系统分析了单光子探测器性能对量子密钥分发系统影响的物理模型, 给出了单光子探测器暗计数和量子效率对系统筛选码率和量子误码率等指标产生影响的计算公式, 并通过对各类量子密钥分发系统的比较, 推导出了适用于一般量子密钥分发系统的普适结果。结果表明, 在同等条件下采用较少的探测时间门可以提高量子密钥分发系统的性能。

采用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)方法生长了InGaAs/GaAs应变量子阱, 通过优化生长条件和采用应变缓冲层结构获得量子阱, 将该量子阱结构应用于1 054 nm激光器的制备。经测试该器件具有9 mA低阈值电流和0.4 W/A较高的单面斜率效率, 在驱动电流为50 mA时测得该应变量子阱光谱半宽为1.6nm, 发射波长为1 054 nm。实验表明:通过优化工艺条件和采用应变缓冲层等手段, 改善了应变量子阱质量, 该结果应用于1 054 nm激光器的制备, 取得了较好的结果。

介绍了光纤的损耗机制和γ射线对光纤的辐射效应, 设计了针对脉冲γ射线作用于光纤而产生辐射感生损耗的实验测量系统。利用平均光子能量为0.3 MeV、脉冲宽度25 ns、剂量率2.03×107 Gy·s-1, 和平均光子能量为1.0 MeV、脉冲宽度25 ns、剂量率5.32×109 Gy·s-1的2种脉冲γ射线分别作用于多模和单模光纤, 分别采用波长为405, 660, 850, 1 310和1 550 nm的激光光纤传输系统对辐射感生损耗进行了测量。获得了光纤辐射感生损耗和辐射剂量的关系, 并对实验结果进行分析。从实验结果可以看出：在近红外到可见光范围内, 脉冲γ射线对光纤作用产生的辐射感生损耗随探测波长减小而增大；在0.1~3.5 Gy剂量范围内, 多模光纤辐射感生损耗和辐射剂量呈线性关系。分析辐射对光纤的作用机制和实验结果后得出：光纤基质原子的电子能级对传输光子的共振吸收而造成吸收损耗增加；光纤折射率分布的改变从而导致波导损耗增加。

进行了一种可用于快前沿直线脉冲变压器驱动源系统的多间隙气体开关的设计和实验,给出了开关的静态放电实验结果, 获得了静态击穿电压平均值及标准偏差随气体压强的变化规律。开关充0.15 MPa干燥空气时, 最高耐压可以达到200 kV。研究了开关在不同欠压比和不同触发脉冲幅值下的触发特性。开关工作电压150 kV、欠压比78.5%、触发电压70 kV时, 开关的触发延迟时间34.4 ns, 抖动1.6 ns。开关经过5 000余次放电, 击穿点分布均匀, 可以形成多通道放电。开关结构新颖, 安装操作简便, 装配精度大大提高, 实用性强。

研制了一套用于新型速调管测试的450 kV高功率调制器系统。根据系统指标分别设计了脉冲变压器、脉冲形成网络以及充电电路等主要部件。同时, 针对高功率脉冲开关的要求, 对闸流管相关性能进行了比较研究,并对其触发、保护电路作了优化设计。并利用可编程控制器与触摸屏组合方式实现了调制器和速调管的控制与连锁保护。利用电力电子仿真软件Saber对调制器主电路进行了建模与仿真, 脉冲电压波形仿真结果与在水负载上进行的满功率试验结果一致：脉冲宽度2.5 μs,脉冲前沿1.1 μs,脉冲后沿1.7 μs。调制器输出脉冲电压450 kV, 脉冲电流600 A, 满足速调管测试需要。

为满足高功率脉冲源小型化和高重复频率运行的研制需要, 提出了一种基于固体开关(可控硅)的电感隔离型高压脉冲发生器触发控制设计方案。这种方案采用光纤收发器件及其驱动电路和高耐压脉冲变压器, 研究了固体开关脉冲功率源控制技术中的触发信号高压隔离、光分多路及脉冲变压器分立或并联使用等关键技术。给出了单模块触发控制电路的设计及测试结果：5级LC回路在每级充电电压4 kV输入时, 实现最终32 kV的输出, 功率源模块输出/输入电压转换效率达到80%。同时对其应用特点进行了分析和讨论。

从理论及模拟仿真分析了负载阻抗变化对双线型脉冲形成网络直接给负载放电, 以及通过直线变压器(LTD)给负载放电时电压传递效率、能量传递效率以及峰值功率传递效率的影响。基于设计加工的LTD单元模块实验平台, 通过调节水电阻负载阻值进行了一系列实验。实验研究结果表明：当负载阻值基本与双线型脉冲形成网络的阻抗2.5 Ω相匹配时, 可获得最大能量传递效率80.5%, 此时电压传递效率、峰值功率传递效率分别为84.1%, 73.9%；增大负载阻抗至3.4 Ω时, 可实现99.0%的电压传递效率, 而能量传递效率、峰值功率传递效率仅减小3.5%, 0.3%。根据对实验结果的分析可知, 通过增大负载阻抗可以有效地提高系统的电压传递效率, 且当负载阻抗变化不是太大时, 对系统的能量传递效率以及峰值功率传递效率影响较小。

在PTS单路样机上进行了4 MV水介质同轴-三平板型水介质自击穿开关实验研究, 开关由3个线性排列的球-板结构的电极间隙构成。根据PTS单路样机部件组成及其结构, 建立了单路样机Pspice全电路模型及开关等效电路。给出了开关在自击穿电压3.3 MV和2.9 MV状态下的电路模拟与实验对比, 模拟结果与实验结果一致。实验及模拟结果表明, 装置和开关模型与参数选取及设置合理, 水介质自击穿开关的参数与实际值相近。

在丝阵负载Z箍缩实验中实施了电流加载前真空下负载初始状态的监测, 并分别采用新旧结构的电极进行了对比性实验研究, 利用十分幅纳秒分幅相机成功获取了不同内爆阶段的实验图像。通过对实验结果的分析, 讨论了电极结构和负载初始状态对实验结果的影响程度。实验结果表明：采用新装配方式的负载电极结构具有安装时间短、同轴性容易控制、负载现场安装就位精度高等优点；新研制电极和实施真空下负载状态的检测, 有效减少了实验数据分散性, 为实验负载参数优化设计提供了技术支持。