激光-等离子体相互作用产生电磁孤立子是等离子体中重要的非线性现象之一。介绍了激光-等离子体中电磁孤立子研究的过程，比较详细地叙述了国内外数值模拟研究取得的一些研究成果，重点介绍了近几年在Rutherford Appleton实验室进行的实验研究进展情况。最后对于激光-等离子体相互作用中电磁孤立子的研究进行了总结和评述，并指出进一步研究需要解决的重要问题。

研究了Kirkpatrick-Baez(KB)显微镜成像系统的结构设计、元件制备。通过分析掠入射角、放大倍数和反射镜曲率半径对成像系统调制传递函数(MTF)的影响，确定了KB显微镜系统的初始结构参数，实现了2.5 keV能点多层膜KB显微镜的设计、制备以及装调，在神光Ⅱ强激光装置上完成了像质标定实验。结果表明:2.5 keV能点多层膜KB显微镜在100 μm视场内观测周期为20 μm平面调制靶时的MTF高于0.6，与OMEGA装置同类型KB系统的空间分辨能力相当，明显优于现有的针孔相机和点投影成像技术。该显微镜与条纹相机配合，已成功实现对短扰动波长平面调制靶烧蚀演化行为的动态诊断。

采用Kirk测量法的杂散光模型研究了杂散光在不同线宽结构上杂散光的光强变化，通过图像对比度分析了杂散光对不同线宽结构的影响。基于Matlab软件仿真分析表明：线宽一定时，线条越稀疏，图像对比度越低，杂散光对成像图形分辨力的影响越大；线条线间比一定时，线宽尺寸越小，图像对比度越低，杂散光对成像图形分辨力的影响也越大。所以杂散光对线宽较小并且线条稀疏空间结构所成的图形造成的影响较大。

从朗伯余弦定律出发，理论推导了漫透射屏后接收面上任意点光强与入射光强的关系。结合漫透射屏在功率监测仪中的应用，通过数值仿真计算，理论上概括了单层和多层漫透射屏对入射光束光强分布的影响规律。数值计算表明：当入射光束半径、漫透射屏与接收屏的距离满足二者之比小于或等于0.3时，入射光束的光强分布、光束口径对接收面上光强归一化分布的影响可以忽略，且接收面上光强的归一化分布主要取决于漫透射屏与接收屏的距离，而与多层漫透射屏的排列方式、层数等参数基本无关，此结论得到了实验的证明。

为研制极紫外波段窄带多层膜反射镜，采用低原子序数材料组合设计了30.4 nm波长处Mg/SiC，Si/SiC，Si/B4C和Si/C多层膜反射镜，并与极紫外波段传统的Mo/Si多层膜反射镜进行对比。采用直流磁控溅射技术制备了这些多层膜，在国家同步辐射实验室辐射与计量光束线完成了多层膜反射率测量，测量结果表明：Mg/SiC多层膜的带宽最小，为1.44 nm，且反射率最高，为44%；而Mo/Si多层膜的反射率仅为24%，带宽为3.11 nm。实验结果证明了采用低原子序数材料组成的多层膜的带宽要比常规多层膜窄，该方法可以应用于极紫外波段高分辨研究。

利用折衍混合结构设计了超宽温范围内的光学被动式消热差Petzval物镜，系统工作波段为3.2～4.5 μm，视场角为8.42°，焦距为95 mm，后工作距为60.5 mm。使用锗和硅两种材料，引入了2个非球面和1个衍射面,实现了消热差和结构简单轻量化，该系统在－80～200 ℃范围内,调制传递函数(MTF) 优于0.7，接近衍射极限,成像质量良好，该系统适用于像元尺寸为35 μm、像元数320×240的非制冷红外焦平面阵列探测器。

采用X射线衍射仪分别对光斑中心及其边界点冲击前后3个方向上的残余应力进行测量。根据主应力及其方向角的计算公式，计算出了各测试点冲击前后的主应力值和主应力方向角，分析了其分布特性。结果表明，激光冲击波不仅能调整5B05铝合金表面残余主应力值，还能调整其方向。最大主应力增幅最大点与最小主应力增幅最大点并不在同一点上。5B05铝合金经激光冲击波作用后，表面应力状态得到了改善，应力分布变得分散，应力域变大。

为满足激光束对远处目标辐照强度的要求，减小热效应对输出光束性能的影响，提出了一种基于整形光路的高能激光低阶像差校正方法。该方法根据波前探测器测到的光束波前畸变，利用激光器整形光路固有的光学元件和调整机构，通过高精密电动平移台和快反镜的快速动作，动态调整各镜片的间距，实时校正激光束的低阶像差，使输出光束恢复至平行出射，从而显著减小激光束的热漂移和热畸变，有效避免了长时间出光时光束的持续发散，极大改善了输出光束性能。试验结果表明，该方法具有校正量大、控制方便、结构紧凑等优点，能够很好地改善激光器输出光束质量，显著提高激光束远场作用效果。

研究了半径随角度的变化而随机变化的圆孔波纹锯齿光阑的衍射特性，提出并证明半径随机的圆孔纹波锯齿光阑能改善光束的近场分布和抑制光束中央部分的衍射调制。给出了衍射光轴上和横截面内光强分布的模拟计算结果，通过计算结果可以看出:通过半径随机圆孔波纹锯齿光阑后，衍射光横截面内填充因子比经过调幅型波纹锯齿光阑后的填充因子高，调制强度比经过调幅型波纹锯齿光阑低，并且半径随机锯齿光阑能在较大的空间范围内抑制轴上光强的衍射调制,其可抑制的最远空间距离可达0.15 m。

基于标量衍射理论,计算了熔石英亚表面高斯型修复形貌对于光场的调制，用Matlab对结果进行了仿真并与实验结果进行了比较。所得结果表明，二者有较好的一致性,一定尺度的高斯面型修复形貌会对光场产生调制，且调制度随光场传输位置变化，通过适当选择后续光学元件位置，可降低光场调制造成光学元件损伤的风险。

干涉仪系统传递函数能有效地表征系统相位成像的性能。通过假设干涉成像系统是复振幅的线性平移不变系统，模拟计算正弦相位光栅和相位台阶这两类标准相位物体的成像，确定干涉仪系统传递函数。数值分析结果表明：系统传递函数随着波像差的增加而减小；干涉成像系统对小幅度相位（远小于1 rad）成像是近似线性的，而对大幅度相位(大于0.5 rad）成像则是明显非线性的。当正弦相位的幅度为1时，系统传递函数在1/2和1/3截止频率处出现明显的急剧下降。高度为π/2的相位台阶成像时，系统传递函数随着空间频率的增加而缓慢地降低。

为降低光电装备猫眼效应，减小光学窗口被激光主动侦察系统探测到的概率，对分划板失调情况下猫眼系统的反射特性进行了研究。基于几何光学与2维平面波角谱衍射理论，推导并仿真了平面波通过分划板失调猫眼系统在出射面上的衍射光场分布特性，实验验证了猫眼目标的反射特性。研究结果表明：分划板失调会导致猫眼系统出射面的回波光斑发生椭圆形变，而斜入射探测激光会使这一现象更加明显。利用这一特性对猫眼系统进行改进，会大大增加激光主动侦察系统区分形变猫眼目标和漫反射背景干扰的难度。

基于mini-bar的光纤耦合是一种进一步提高二极管激光器光纤耦合系统出光亮度的有效方法。本文对Osram公司的一款连续60 W mini-bar的发光特性进行了实验研究，选用的mini-bar在工作电流60 A时输出功率60 W，电光转换效率最大为60%，中心波长973.7 nm，慢轴发散角为9.3°(1/e2)。分析了其慢轴准直的特性，了解慢轴准直透镜的选择原则。器件准直后的慢轴发散角为47.6 mrad。通过对光束参量积的计算了解到mini-bar的光束可以直接耦合进入600 μm的光纤，并进行了单片mini-bar的耦合实验，得到准直系统与耦合透镜组的传输效率为83%~85%，光纤的耦合效率为86%~93%，整个系统的光光效率大于72%。

为了比较3种闪烁体探测器的性能，利用蒙特卡罗方法计算了不同光纤直径的闪烁体阵列的空间分辨和能量沉积。模拟结果表明:相同光纤直径的普通液体闪烁体阵列空间分辨力比塑料闪烁体阵列提高了约0.1 mm，而氘代液体闪烁体阵列空间分辨力约为普通液体闪烁体阵列的1/2；富氢闪烁体的能量沉积比氘代闪烁体高；闪烁体光纤直径越小，分辨力越好；闪烁体越厚，光产额越高。

从自组装理论出发,分析对流自组装2维胶体晶体中空白、条纹区域出现的机理，并在实验上予以验证。通过研究得知,2维胶体晶体的自组装过程呈现空白、条纹、大面积单层、双层条纹的趋势。从胶体晶体覆盖率的角度出发研究2维胶体晶体的组装参数与质量之间的关系，结果表明:胶体晶体的总覆盖率与基片提拉速度倒数呈线性正比，和粒子体积分数呈反比例函数关系;受到多种因素的影响，大面积2维胶体晶体总是伴随着一定比例的空白区域和双层区域出现，提拉法所能获得的最大单层覆盖率为95%。

对相机全屏扫速性能进行了系统分析，发现基于相机整体的平均扫速及扫速非线性处理扫描时间的传统方法不能反映相机空间畸变现象，并且扫速非线性放大了数据处理不确定度，从而降低了相机应用价值。建立了一套基于全屏扫速及扫速不确定度的扫描时间精细处理方法，它自洽消除了相机的空间畸变和扫速非线性的系统性影响。开展了理论分析和验证实验，结果表明:精细处理方法很容易使扫描时间数据处理相对不确定度降低到1%以内，显著提高了条纹相机时间扫描精度和应用可靠性。

采用激光分子束外延(L-MBE)方法，以MgO(100)为基底生长了Fe3O4单晶薄膜,研究了Fe3O4/MgO(100)薄膜外场(温度、磁和激光场)诱导电阻变化特性。X射线衍射(XRD)分析表明Fe3O4薄膜是沿MgO(200)晶面外延生长的单晶薄膜；反射高能电子衍射(RHEED)强度振荡曲线分析表明Fe3O4薄膜表面平整，而且生长模式为2维层状生长；原子力显微镜(AFM)分析表明Fe3O4薄膜表面粗糙度为0.201 nm，说明薄膜表面达到原子级平整度。外场作用下Fe3O4薄膜的电阻测试表明：薄膜样品的电阻在120 K(Verwey转变温度)出现一峰值，略微下降后继续增大, 展现出半导体型的导电特性;在激光作用下，整个测量温度范围内薄膜样品的电阻减小，样品展示出瞬间光电导的特性；从降温曲线可以看出,Verwey转变温度由无激光作用时的120 K上升到有激光作用时的140 K;光致电阻变化率随着温度的降低而增大，这主要是由于激光作用导致电荷有序态的退局域化。

实验上采用比对方法测试了激光不经过固体与经过固体介质产生等离子体削波的脉冲波形信号，获得等离子体削波效应产生的脉冲削波倍数。实验结果表明，在波长1.064 μm，脉宽1 ns，聚焦透镜焦距100 mm，薄石英片厚度100 μm，约束等离子体的小孔直径80 μm情况下，等离子体效应产生的脉冲削波倍数为12~14；分别改变石英片厚度和约束等离子体小孔直径，等离子体脉冲削波倍数不变；增加入射激光能量，脉冲削波倍数增加，且经过等离子体后的激光脉冲波形的后沿逐渐出现很陡的下降沿。在产生脉冲削波的截断点位置进行图形拼接重构得到激光脉冲波形信息。

针对SILEX钛宝石激光器参数，采用PIC数值模拟程序VORPAL对激光尾波场加速进行了模拟，得到了电子轨迹及能量数据，进而通过理论计算得到了空泡机制下X射线辐射特性。结果表明，空泡机制下高能电子在空泡中做betatron振荡且多数电子被加速到170 MeV左右；加速能量较低的电子(约100 MeV),其辐射谱为临界能量约3 keV的类同步辐射谱，发散角约为8 mrad，而能量较高的电子(约170 MeV)对应的光子临界能量约为10 keV。

基于无碰撞模型，建立了混合离子束阴极真空弧等离子体鞘层动力学模型，给出了解析表达式。针对材料改性中应用的H-Ti混合离子束，模拟计算了鞘层厚度和靶表面电场强度分别随离子密度和偏置靶压的演变规律。针对实际应用中出现的鞘层击穿和离子束散焦现象进行了理论分析，发现离子束稳定工作区域强烈依赖于离子密度和偏置靶压等参数，降低离子密度和提高靶压会增加稳定工作区域范围。

在激光惯性约束聚变实验研究中，诊断燃料层密度通常利用纳秒激光束辐照金属靶片产生特征X射线作为背光照明光源，对内爆球壳进行瞬态辐射照相，进而推断球壳内爆燃料层的密度。利用蒙特卡罗程序，对快点火X射线背光照相进行了研究，模拟了针孔成像中不同的针孔大小、障板厚度、背光能量对成像质量的影响，对于快点火实验中微米尺寸塑料小球，进行了诊断方案优化。模拟结果表明，综合考虑光通量及成像空间分辨，针孔半径为10 μm时成像效果最佳；此时，采用2.7 keV的Mo背光源可以获得最佳的密度分辨。

搭建了真空沿面闪络实验平台，在实验平台上对聚苯乙烯交联材料进行了真空沿面闪络性能测试，探讨了材料的真空沿面闪络电压强度与材料结构、材料内部微量杂质的关系。实验结果表明:随着聚苯乙烯材料交联程度的增加，其真空沿面闪络电压强度先增加后减少；聚苯乙烯交联材料分子链结构对其真空沿面闪络电压强度有重要影响；材料的真空沿面闪络电压强度还与交联材料内部异质分子数量有关系，微量异质结构的分子将导致沿面闪络电压强度的下降。

利用神光Ⅱ激光装置，开展了化学气相沉积金刚石X射线探测器的相对标定技术研究。实验得到了金刚石X射线探测器与已绝对标定的平响应X射线二极管对X射线辐射的测量结果，计算得到金刚石X射线探测器平均灵敏度为1.196×10-5 C/J，不同发次得到的灵敏度与平均值之间的偏差不大于13%。

利用第一性原理平面波赝势密度泛函理论,并结合准谐德拜模型,计算了立方萤石结构ErH2在不同温度和压强下的体积、热膨胀系数、体弹模量和等体热容等弹性性质及热力学性质。在温度高于1 100 K的条件下，计算出的等体热容趋近于Dulong-Petit极限。得到了绝对零度、零压强下ErH2的该结构的晶格常数为0.523 2 nm，与实验值0.523 0 nm非常接近。由不同的原胞体积得出了该体系的单点能与原胞体积的关系的数据；从计算出的高压下的弹性常数，根据立方晶系的力学稳定性条件，推断出立方萤石结构ErH2的相变压力约为20 GPa。

在能量11 mJ、波长744 nm、脉宽120 fs、功率密度6×1016 W/cm2的超短脉冲装置上，开展了超短脉冲激光与2.1 μm和5.0 μm金薄膜靶相互作用产生质子束的实验研究。利用Thomson谱仪测量了产生的质子能谱，发现利用2.1 μm金薄膜靶时，质子能谱由于质子源数量不足而在74 keV附近出现单能峰，5.0 μm的金薄膜靶产生的质子计数和能谱均比2.1 μm的金薄膜靶产生的低，主要原因是超热电子穿过薄膜靶时出现的能量损失和几何倾斜降低了电子回流所致。interaction with thin gold foils

为满足微靶装配过程中靶球和靶腔相对位置的严格的要求，保障惯性约束聚变实验的成功，针对机器视觉的几何量测量精度很难达到5 μm以下的不足，设计了利用具有亚μm级精度的激光共焦测头对装配中的靶球进行采点扫描以获取其尺寸和位置的非接触测量方法，借助于在线监测系统运动轴的高精度定位，通过上下两个激光共焦测头的组合测量，并采用一种快速而准确的基于点阵插值细分和目标两级提取的测量算法，使在线监测系统的球体几何量测量精度达到了2 μm。

惯性约束聚变实验中使用平响应X射线二极管(XRD)阵列从不同方向测量黑腔辐射能流的时间演化过程和角分布。平响应XRD的谱响应曲线存在局部不平整，给辐射能流的还原引入了误差。为减小由于能谱形状和平响应局部不平带来的还原误差，提出了加权求解平响应XRD的平均响应值的方法。对该方法提高辐射能流的还原率的必要条件进行了研究。改进后的方法应用于实验数据的处理，结果表明：修正后的等效积分温度随时间的演化过程与多道软X光能谱仪吻合较好。

在微聚焦X射线以及等离子体X射线源平台上开展了多层球壳靶丸的相衬成像实验。实验结果表明，通过相衬成像能够获得清晰的多层球壳靶丸图像并观察到球壳内外表面晕区暗区现象。根据光的折射原理解释了该晕区暗区现象产生的物理机制。实验结果与几何模型计算结果符合较好。

基于SILEX-Ⅰ激光器，利用单光子计数型电荷耦合器件，在超强超短脉冲激光与高纯度Au靶相互作用中，通过改变入射激光的能量，测量了不同激光功率密度下的Au等离子体L-X射线发射谱。实验结果表明:在超强超短脉冲激光作用下，Au等离子体L-X射线发射过程中由于高速电子存在，会诱发很强的热辐射和轫致辐射，并且Au等离子体特征L-X射线发射强度、热辐射和轫致辐射随激光功率密度增加而增强。

提出了一种2维磁场重联模型。磁场重联过程中的电荷分离在等离子体中产生静电场，等离子体在电场中的漂移运动可以解释阿尔芬速度量级的出流。该磁场重联模型给出如下结论：Sweet-Parker模型描述的重联率强烈地依赖于电子质量与离子质量之比；反常电阻率正比于离子惯性长度和电流片宽度比值的平方;相对论效应和高温等离子体中电子-正电子对的产生可以提高重联率;电磁波的激发对于磁能的损耗是必要的。

采用2维自洽完全流体模型，数值研究了阳极为通孔的高气压微腔放电结构中等离子体参数的变化过程。模拟结果获得了当氩气压强为13.3 kPa时，放电中的电势分布、等离子体密度分布、径向电场分布和电子温度分布等重要参数的演化过程。模拟结果表明在放电过程中，阴极附近的电场由轴向电场逐步转变为径向电场，等离子体密度最大值位于放电腔中间处，并随时间推移由阳极附近向阴极附近移动，电子温度的最大值出现在阴极环形鞘层区域。

聚变反应随时间变化诊断装置是惯性约束聚变(ICF)研究中的一项重要诊断设备,使用蒙特卡罗程序Geant4研究了基于气体切伦科夫探测器的聚变反应随时间变化诊断装置的时间分辨和辐射转换效率，给出了优化后的辐射转换体材料厚度，以及CO2气室压力与长度。模拟计算表明，优化后的系统时间分辨可达22 ps左右，伽马-切伦科夫光子转换效率可达4.7×10-3 Cherenkov photons/gamma。

针对光度测量数据中难以消除的系统误差对薄膜光学参数表征精度的负面影响，提出一种新型的误差处理技术。选取薄膜光谱系数对折射率和几何厚度的一阶偏导数，对大部分测量入射角满足符号相反或只有其中一个为零的条件的波段，剔除偏导数对全部测量入射角满足符号相同或同时为零条件的奇点波长附近波段，作为反演表征用的光度测量数据采集区域，以最小化光度测量系统误差引起的薄膜光学参数反演表征值相对真实值的偏差大小。通过数值模拟实验，对比研究了该技术对不同偏振光和不同测量入射角范围的适用性及实施技巧，以可复现的数值实验数据和合理的理论解释支持和验证了这种误差处理技术的可靠性。

采用高次模同轴输出腔结构和双间隙耦合谐振腔电路结构是提高速调管频率、功率和带宽的两个重要方式。将这两种电路形式相结合，利用等效电路法推导了滤波器加载双间隙耦合输出回路的间隙阻抗实部计算公式。通过等效电路分析和3维电磁场计算软件模拟，研究了降低高次模式双间隙耦合输出回路外观品质因数的方法。最终设计加载滤波器使得输出回路模型带宽达到9.7%。

在耦合腔结构的高频特性模拟中，基于准周期边界条件法建立的双腔模型，由于两端电场的边界条件完全相同，导致了伪解的出现。本文建立了单腔仿真模型，消除了伪解存在的边界条件，避免伪解的出现。在保证求解精度的基础上，网格数目减少了 62%，总计算时间缩小了 56%，一次性生成色散曲线和耦合阻抗曲线，提高了色散和耦合阻抗的数据处理效率，为高频结构参数优化提供了更有效的途径。采用单腔仿真模型，模拟分析了各结构尺寸对高频特性的影响。

根据94 GHz回旋振荡管对电子束的需求，在理论分析电子枪工作原理的基础上通过大量编程对94 GHz单阳极磁控注入式电子枪的一系列参数进行了初始设计,基于粒子模拟软件CHIPIC开发了专门针对磁控注入式电子枪的计算模块并对其进行了数值模拟。模拟结果显示：该枪的电子束横纵速度比为1.42、速度零散为4.6%，符合回旋振荡管对电子注的要求。

在波荡器和扭摆器的研制过程中，为提高磁块的测量效率和精度，提出了2维全自动亥姆霍兹线圈磁块测量方法。通过理论推导得到仅采用2维全自动旋转而不需要3维旋转就可以实现磁块的全自动测量，降低了磁块全自动测量的实现难度。根据该方法的理论，已成功研制出一台2维全自动亥姆霍兹线圈测量装备，并在上海光源的磁块测量中使用。系统地给出2维全自动亥姆霍兹线圈磁块的测量理论和方法，并对测量误差进行了分析，该系统实现了磁块剩磁测量的高效率、高精度和高重复性，可以在30 s内完成单磁块的测量，重复性和精度均好于5×10-4。

通过采用二极铁之间色散函数的相空间匹配所带来的约束条件，从而无需依赖具体的磁聚焦结构，利用Mathematica软件进行计算，得到了在三块二极铁弯转半径相等情况下，两种应用普遍的三块弯铁消色散(TBA)磁聚焦结构的最小发射度所对应的最小结构比例参数。得到了在TBA结构三块二极铁长度及弯转半径任意的情况下，TBA结构能取得的最小结构比例参数，以及TBA结构中三块二极铁长度及弯转半径所要满足的关系。由于计算中无需考虑具体的磁聚焦结构，得到的理论结果及其分析过程具有较强的通用性。

提出了一种基于数字信号处理器(DSP)的红外弱小目标搜索高速实时算法。算法主要针对天空中不规则云团在预处理过程中残留的边缘而设计，是在背景预测算法基础上改进的一种基于陷波滤波器的搜索算法。在DSP实时处理平台上实现并经实际场景试验验证，该算法能有效削弱残留边缘的影响，使最远探测距离指标上升至前向迎头26 km，实时处理速度达到75 Hz，满足系统要求。采用信噪比增益指标对算法进行了评价，结果显示，该算法能够显著提高图像信噪比，利于检测出目标。

研究了不规则空间碎片受激光辐照后的冲量变化。利用不论激光入射方向如何，烧蚀反喷方向始终沿着烧蚀平面法向方向这个实验现象，同时，根据NASA对于空间碎片形状的基本划分，分别计算了球体、柱形体和立方体受激光辐照后的冲量变化情况。计算结果表明：对于球体和立方体，无论激光辐照方向如何变化，冲量方向总是和辐照方向相同，冲量大小和垂直辐照相同材料的平板分别成固定比例关系；而对于柱形体，冲量大小和方向随着激光辐照方向变化而变化。

采用斜射式激发样品光路结构，设计了应用于测试时间分辨固体表面荧光光谱系统。利用该系统研究了氧化锌薄膜在355 nm激光脉冲激发下的时间分辨固体表面荧光光谱。结果表明，该系统能够实现测量时间分辨固体表面荧光光谱，并由此测量了样品的固体表面荧光寿命。该系统结构简单可靠，灵敏度高，响应速度快。

在10 Pa的Ar环境气体中，采用脉冲激光烧蚀技术，分别在半径为2.0，2.5，3.0，3.5和4.0 cm的半圆环不同角度处的衬底上制备了一系列含有纳米晶粒的Si晶薄膜。使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和拉曼光谱仪对其表面形貌和微观结构进行分析表征。结果表明，纳米Si晶粒的平均尺寸和烧蚀粒子的阻尼系数均相对于羽辉轴向呈对称分布，并随着与羽辉轴向夹角的增大而减小；同时，随着衬底半径的增加，晶粒平均尺寸和阻尼系数均逐渐减小。

采用粒子模拟(PIC)方法模拟了强流电子束在薄磁透镜中的聚焦。建立了强流电子束的聚焦模型，模拟了“神龙一号”加速器某次实验的结果，得到的模拟结果非常接近实验值，证明采用建立的PIC模型模拟强流束经过磁透镜时的聚焦是可信的。应用此模型模拟了电子束参数(入射半径、发射度、能散度、相位角等)对焦斑直径的影响,结果表明：在模拟条件下，电子束平行入射时最佳束包络半径位于20.0~22.5 mm；发射度和能散度对焦斑直径的影响和理论公式吻合得较好；只有入射电子束包络半径和相位角匹配时才能得到小的焦斑直径。

为了实现辐射探测中对微弱电流信号的实时准确测量，设计了一套微弱电流测量系统。介绍了系统的工作原理，及I-V转换和放大单元的低噪声抗干扰设计、∑-△模数转换技术和单片机程序的设计。系统通过USB与计算机进行通信，计算机应用软件可以完成采集频率和量程控制、数据处理、显示和存储等功能。经过验证，该系统能满足10-13~10-3A的大动态微弱电流测量，分辨力为四位半,能自动量程判断，具有较高的精度和稳定性，已成功应用于辐射探测实验。

探讨了电子撞击金属表面产生二次电子的理论，介绍了二次电子发射系数、非弹性背散射电子能量分布等重要物理参数的计算式。根据相关的理论及公式，编写了三维PIC数值模拟程序的二次发射模块,建立相应的数值模型进行模拟。模拟所得的二次电子发射系数及非弹性背散射电子的能量分布等主要参数与理论值一致，验证了模拟过程的正确性。

为了解决蒙特卡罗模拟S(α,β)模型只能求解特定温度条件下中子输运问题的局限性，建立了中子在不同温度液态水中输运的等效质量热运动模型。在分析自由气体热运动模型的基础上，采用不同的等效质量对中子与水中氢原子的弹性散射模拟过程进行改进，对中子穿过水层后的流量进行模拟计算，通过与S(α,β)模型的计算结果的比较，得到了5个不同的温度点水中氢原子的最佳等效质量。根据5个不同温度点的数据拟合给出了最佳等效质量和温度的函数关系。采用该模型计算得到的中子在不同温度条件下水中输运参数与S(α,β)模型相符。等效质量热运动模型突破了S(α,β)模型只能计算有限温度点的局限性，能有效处理300～800 K任意温度水中的中子输运问题。

为了减小同步光尺寸对同步光位置检测器灵敏度的影响，合肥光源新研制了一种交错刀片型光位置检测器，并使用成熟的商业化产品Libera Photon进行后续的数据处理和输出。基于传统计算光位置信号的差比和方法，提出了比值和对数比两种新的计算方法，理论模拟了3种计算方法下交错刀片型光位置检测器的性能。在线标定结果与理论计算结果相符，并在机器研究光束线进行了初步的应用研究。

高介电常数陶瓷储能脉冲形成线需要用到多开关触发的层叠Blumlein线结构。从形成线波过程理论出发，分析了多开关导通时间分散性对层叠Blumlein线及其输出波形的影响。主要包括两方面影响：其一是造成输出方波脉冲的前沿和后沿均出现阶梯形畸变；其二是使得各延迟导通的平行平板Blumlein线承受过电压，容易引起陶瓷储能介质的电击穿。在不单独考虑开关电感的理想情况下，利用PSpice电路程序模拟了开关导通时间分散性对四级层叠Blumlein线的影响，模拟结果与波过程理论分析一致。为减弱这些影响，提出了可行的解决方案。

介绍了一套用于多间隙气体开关光学诊断的光纤探测系统，该系统主要由光纤阵列探测器和沉入式日盲型光纤探测器构成。用该系统研究了多间隙气体开关的详细击穿过程，并分析触发电压、气压及紫外光预电离对开关性能的影响。光纤阵列探测器定时精度小于0.6 ns，脉冲响应3.2 ns；日盲型光纤探测器光谱响应为260~320 nm，通过实验可知，气体开关击穿次序为：3#-2#-1#-4#-5#-6#，统计时延和过压击穿时延占主要部分；提高开关的触发电压、降低开关的工作气压，主要影响开关击穿过程的前半部分，从而降低开关的击穿抖动；如果能够产生强度稳定的紫外光，可以改善开关的抖动性能。

开展了固态脉冲形成线相关材料的研究，基于脉冲形成线的特性参数与材料介电性能之间的关联性，可实现固态脉冲形成线材料的筛选和评估。对不同类型材料介电性能的比较和固态脉冲形成线性能的分析表明：介电常数可调的微波陶瓷是制备固态脉冲形成线较为理想的材料。以Ba-Nb-Ti微波陶瓷制备的固态脉冲形成线可获得高压脉冲前沿5~6 ns，脉宽为13 ns，脉冲平顶为5~6 ns，击穿场强超过17.5 kV/mm。

介绍了一种用于快脉冲直线变压器的低电感多间隙气体开关。专门构造了多种形式的单通道放电实验，测量了在不同形态单通道放电时的开关电感，研究发现:单通道放电时开关电感除了受到角向电流的影响，还与电弧通道引起的放电回路面积变化有关，开关电感理论计算值与单通道放电时的实测结果最接近；开关在自放电和触发时，均形成了多通道放电，电感明显降低，触发时开关电感最小约为49 nH，电极角向电流的影响可以忽略。

理论分析了平行板、同轴、共心同轴圆锥3种典型传输线，运用磁通量守恒求解了初始电流的解析表达式，利用电荷守恒求解了初始电压的解析表达式，在此基础上定量计算了一定初始电流、初始电压下形成的稳态磁绝缘电流、阴极电流与电压，并采用粒子模拟软件对其进行2维数值模拟，模拟结果与理论值吻合较好。