综合叙述了功率半导体开关在高重复频率脉冲功率技术中的意义和使用方法。并通过与传统脉冲功率开关的比较, 归纳了半导体开关的特长和缺陷。在举例说明了半导体开关的控制方法以后, 介绍了几种有效提高半导体开关工作能力的电路方法, 包括采用多个器件的串联与并联、电压叠加、开关器件的组合与互补等方法。

通过分析非稳腔DF化学激光器光腔内激光路径特性, 指出非稳腔DF化学激光器输出光斑上下游光谱振荡路径不同导致输出光谱存在一定差异。试验测量了一台连续波DF化学激光器光斑上下游光谱, 结果表明：非稳腔DF化学激光器光斑上下游光谱主要谱线成分未见显著差异; 光斑上下游谱线相对强度存在一定差异; 光斑上游各谱带相对强度最大值谱线转动量子数趋向于各谱带低转动量子数方向。根据实测光谱, 对光斑上下游光谱所表征光腔温度和相对粒子数范围进行了估算, 得到光腔上游平均温度要低于光腔下游平均温度。

通过分析热流边界条件下的一维热传导过程, 提出并实现了由后表面温度变化历史曲线反演前表面反射率变化历史曲线的数值方法。通过一维热传导的正向和反演计算过程, 验证了反演程序的可靠性。对数值反演计算和实验测量两种方式得到的反射率曲线进行了对比, 结果显示, 两条反射率曲线在变化趋势上符合较好, 初步验证了一维温度场中数值反演方法的可行性。

利用紫外差分吸收(DIAL)激光雷达对北京南郊对流层低层臭氧垂直分布进行了测量, 将探测结果与探空气球同时测量的结果进行了对比, 取得了较为一致的分布趋势。选择北京南郊地区晴好天气探测的结果进行了统计分析, 结果表明：近地面层内随高度增加, 臭氧体积混合比逐渐减小; 距地面0.5~1.5 km内平均臭氧体积混合比具有明显的日变化趋势, 最大值出现在午后14点左右, 相对太阳辐射最强时刻具有明显的滞后性; 日平均最大体积混合比低于4×10-8, 体积混合比起伏小于±3.2×10-9。

采用正交几何配置的双波长双脉冲激光烧蚀-激光诱导击穿光谱技术准确测量了铝合金样品的激光烧蚀阈值。在烧蚀激光波长为532 nm、脉宽为12 ns并采用焦距为2 cm的非球面透镜强聚焦的条件下, 得到铝合金的激光能量烧蚀阈值为48 μJ, 等效的能量密度烧蚀阈值为9.8 J/cm2。该技术是一种新的激光烧蚀阈值的光谱测量手段, 与传统的测量技术相比, 具有高灵敏、准确、快捷和便利的特点, 可以用于不同材料的激光烧蚀阈值的准确测量。

采用电光开关产生短脉冲的技术, 建立了一种抑制准分子激光放大链自发辐射放大(ASE)的方法, 研制了高对比度紫外电光削波开关, 并进行了原理性实验, 将其应用于准分子单路主振荡功率放大系统第一级预放大器的ASE控制。实验中电光开关对比度达到了2000多, 削波后的预放大器输出激光脉冲信号对比度提高至20 000多, 有利于激光信号后续进一步高保真放大, 为系统获得窄脉冲输出提供了技术支持。

基于星载扫描辐射计的工作原理, 对传统的线列扫描成像系统和过采样系统的采样过程进行了数学建模和仿真成像, 在两种采样模式下对点目标探测进行了仿真。在Matlab环境下对过采样探测系统进行了仿真图像的沿线阵方向的两倍空间过采样和扫描方向上(即时间上)的2~10倍的过采样仿真。通过对过采样探测系统各种工况下的仿真, 得到了图像中信号能量值和目标尺寸大小的关系, 分析了目标位置的不同对成像质量造成的影响。最后给出了不同大小目标两个通道上的四倍过采样图像, 并分析了图像中存在的跨像元现象。

从衍射理论导出圆顶轴棱锥后的光场分布, 用软件对圆顶轴棱锥后的光强进行仿真, 结果表明, 圆顶轴棱锥可以得到多个局域空心光束。分别改变圆顶轴棱锥的底角和顶端平凸透镜的焦距, 再用软件对圆顶轴棱锥后的光强进行仿真, 所得光强分布表明, 圆顶轴棱锥的底角影响局域空心光束的周期和暗域数量, 而顶端平凸透镜的焦距主要影响局域空心光束中暗域的数量, 对周期几乎没有影响。在实际应用中可通过调节参量得到所需要局域空心光束。

为了在光电成像探测目标的同时给出目标相对探测器的方位信息, 探讨了一种基于单目视觉的运动目标方位测量方法。根据投射成像原理, 推算出二维目标像点坐标与目标的空间三维位置之间的映射关系, 建立了单目视觉测量目标方位的数学模型。结合帧间差分法和KLT方法检测静止背景下和变化背景下的运动目标, 并对目标特征点进行亚像素定位。试验和仿真结果分析表明, 该方法能够有效提取目标的特征点, 可对目标较为准确地定位, 并通过单目视觉测量出目标方位信息, 误差控制在±8%的范围内。

建立了激光声实验测量系统, 利用脉冲激光聚焦击穿水介质产生声信号。由水听器将声信号转换成电信号并送入数字存储示波器, 计算出声信号能量。对不同激光能量、激光聚焦位置和水体盐度下的光声能量转换效率进行了理论和实验研究。研究结果表明：随着激光能量的提高, 能量转换效率逐渐减小; 激光垂直水面入射时, 随着激光聚焦深度的增加, 能量转换效率会出现一次阶跃式变大, 随后逐渐降低; 等离子体对激光能量的吸收越充分, 能量转换效率越高; 水体盐度的变化对能量转换效率影响很小。

提出了一种测量非透明材料表面光学非线性的新方法：挡板反射4F测量法。该方法在反射4F相位相干成像系统的基础上, 在4F系统的像平面放置一个与系统入射面光阑相匹配的不透明挡板, 通过测量不同情况下的反射率, 实现对材料光学非线性的测量。详细介绍了该方法的基本原理, 并通过数值模拟计算了入射角对测量灵敏度的影响。该方法具有单脉冲测量, 可同时得到材料的非线性吸收与折射系数等特点。结果表明, 在相同条件下挡板反射4F测量法的灵敏度比反射Z扫描方法高2个数量级。

通过空间目标的光度测量可判断目标在轨运动特性和进行编目识别。对光电望远镜在卫星姿态判定领域的应用进行了介绍, 验证了一种暗弱目标识别算法, 即霍夫变换。通过仿真计算分析了影响极限探测星等的因素, 并从目标成像后在探测器上获得信噪比的一般计算公式出发, 推导计算得出光电望远镜的极限探测星等理论值, 并使用星图比对的方法进行了试验验证。结果表明, 星图比对法是一种可靠的星等测量方法。

采用高功率激光器多次冲击2024铝合金, 用X射线衍射技术分析了冲击区域的残余应力, 研究了冲击残余应力状态分布规律, 并用其评价激光冲击强化效果。研究表明, 随着冲击次数增加, 塑变量及塑性应变梯度逐渐减小, 测点是双向压应力状态, 而4次冲击时, 塑性应变梯度增大, 光斑中心是单向压应力状态, 其他点是双向压应力状态。当激光功率密度为2.8 GW/cm2时, 3次冲击强化效果最佳, 材料是二向压应力状态, 残余最大主应力及应力强度的均值最大, 方差最小, 分布基本均匀, 塑性应变梯度较小。

提出了一种多波长窄线宽光纤放大器, 其种子光由多个单频激光耦合而成, 所有单频激光波长几乎相等(波长间隔小于1 nm), 频率间隔大于两倍布里渊频移。建立了此类多波长窄线宽光纤放大器的完整理论模型, 分析了放大器中受激布里渊散射(SBS)与种子数目的关系。搭建了双波长和三波长窄线宽光纤放大器, 进行SBS阈值输出功率测定实验。实验结果与理论模拟结果基本一致, 验证了理论模型的合理性; 双波长和三波长放大可以有效抑制SBS效应, 大幅提高放大器输出功率。

针对目前红外焦平面自适应场景校正算法工程应用的局限, 提出了一种基于红外焦平面非均匀性特征分解的场景校正算法。分析了红外焦平面非性匀性构成因素, 把其中的高频部分分解成盲点、斑块、行列非均匀性等, 把缓慢变化的低频部分分解成梯度渐变非均匀性; 分别对各类非均匀性采用不同的校正算法; 合并校正结果, 得到校正后的图像。实验结果表明, 该算法校正精度高、收敛速度快、抑止目标退化能力强, 适合工程应用。

提出了基于功率合束器的多路光纤激光自组织被动相干合成结构, 研究了多模状态下泵浦功率、合成路数对激光合成效率和光束质量的影响, 并对2, 3, 4路激光合成进行了实验研究, 合成效率大于90%。实验结果表明：激光中心主瓣所占能量比随着泵浦功率的增加而增大, 随激光合成路数增多而增大; 在相同的输出功率下, 单路激光的主瓣所占能量比比合成激光主瓣所占能量比要高; 降低输出光栅反射率, 激光输出能量增强, 但合成效率有所降低; 增加功率和增加路数可以增加中心亮斑的能量比, 但增加幅度变低。

为了研究光束相干合成中偏振态的特性, 取理想矩形光束进行模拟分析。通过改变偏振态的退偏率、偏振态夹角、参与合成的子束数目等, 观察光场在远场叠加的合成效果。讨论了这些因素对远场合成效果的光强分布、峰值功率密度、光束质量β因子等的影响。模拟结果显示：当退偏率小于10%、偏振态夹角小于18°时, 合成后光束质量因子小于1.1。

聚二氯磷腈(PDCP)与N-(6-羟基己基)咔唑发生亲核取代, 得到了热稳定性良好(约290 ℃)、玻璃化温度较低(约36 ℃)的光电导材料聚双(6-咔唑基己氧基)磷腈。稳态荧光光谱表明, N-(6-羟基己基)咔唑和聚双(6-咔唑基己氧基)磷腈的荧光发射最大波长分别在410 nm和393 nm, 其荧光强度相比于咔唑的最大波长420 nm依次减弱并发生蓝移;瞬态荧光光谱表明聚磷腈的线型主链结构和孤立的dπ-pπ杂化轨道体系导致其空间位阻增大, 破坏了原有的共轭体系, 使聚双(6-咔唑基己氧基)磷腈在不同发射波长下的荧光寿命普遍减小。

阐述了冷冻靶类球面物体X射线相衬成像机理; Tracepro软件模拟研究证明了X射线相衬成像法能用于冷冻靶燃料层参数的表征; 研制了在线表征冷冻靶的X射线相衬成像实验装置, 利用该装置开展了二乙烯基苯泡沫球壳及实际氘氘冷冻靶的X射线相衬成像实验研究, 获得了玻璃微球内氘氘冷冻层X射线相衬图像, 成像分辨力达1.5 μm; 利用X射线相衬成像法可同时表征烧蚀球壳及冷冻燃料层, 为惯性约束聚变实验提供冷冻靶参数。

在惯性约束聚变系统中, 改进G-S算法设计的连续相位板能够对波前发生畸变的激光进行束匀滑处理, 以改善远场分布。由于连续相位板对不同畸变状态的波前进行处理后的效果不一样, 因此针对连续相位板的束匀滑容差能力进行了系统分析。鉴于畸变光束的传输特性, 采用波前均方根梯度来量化波前畸变量, 定量计算了不同畸变光经过匀滑处理后的远场光强分布情况。并比较了不同入射畸变光通过连续相位板后的远场焦斑顶部均匀性, 结果表明：当入射波前畸变的均方根梯度小于0.32 wave/mm 时, 连续相位板具有很好的束匀滑效果。

利用辐射还原法, 在100, 200, 500 kGy辐射剂量下制备了金属Pd掺杂的碳气凝胶粉末。X射线衍射(XRD), 扫描电子显微镜(SEM)和能谱测试证实了辐射法成功地制备出Pd掺杂的碳气凝胶粉末复合物。SEM照片表明, 还原生成的金属Pd相对均匀地分布在所有碳气凝胶颗粒表面。N2吸附数据分析表明:掺入金属Pd后, 碳气凝胶粉末比表面积、平均孔径和总孔体积都显著减小。由于被还原金属大多沉积在碳气凝胶粉末表面, 不同辐射剂量下制得的掺杂碳气凝胶粉末的比表面积等多孔特征数据相差不大。

提出采用激光多普勒效应测量GM低温制冷机振动, 并搭建实验台测试了RDK-408S型GM制冷机各方向的振动大小。实验结果表明, 型号为RDK-408S的GM制冷机振动频率约为1 Hz, 轴线方向的振动最大, 约为30 μm, x方向也存在脉冲振动, 达到30 μm, 都远远大于激光约束聚变研究中所需要的振动要求, 必须采取具体措施进行减振或隔振。

通过对球面弯晶背光成像系统的分析, 获得了空间分辨率、能量分辨率等关键性能参数随成像系统设计参数变化的关系。利用这一关系对背光成像系统的不同成像方式应用进行分析, 并用光路追踪模拟进行验证。在此基础上, 利用X射线衍射仪开展了单能成像系统的成像演示实验, 获得与模拟和数值分析一致的结果。通过对成像系统的设计优化, 这种高分辨单能成像技术将能够在神光激光装置上开展的物理实验中获得广泛应用。

利用空间分划的平衡辐射输运方程, 结合Multi1D辐射流体程序计算了辐射驱动内爆芯部的X光发射空间分布, 计算结果表明：高能X光的发射区域随X光子能量的增大而减小, 低能X光的发射区域随X光子能量的减小而减小。考虑芯部中间区域和芯部边缘区域物质的不透明度, 利用遗传算法计算了芯部的温度空间分布, 并与模拟结果作了比较, 二者的不确定度小于4%。

建立了背光照相的模拟手段, 研究了记录屏像素尺寸、背光强度分布、背光光谱非单色、针孔弥散及针孔形状对惯性约束聚变中常用塑料球壳的阿贝尔密度反演的影响。结果表明：较大的记录屏像素尺寸会掩盖密度分布的细节; 高斯型的背光空间分布会使密度分布低于真实值, 可能导致非物理的负密度分布; 采用Mo的L带谱线作为背光源也会导致反演密度偏离真实值; 当壳层厚度小于针孔尺寸时, 针孔弥散效应会显著降低峰值密度, 利用维纳滤波法处理背光图像后密度反演的结果得到明显改善; 相同针孔面积条件下, 椭圆形针孔给出的峰值密度要低于圆形针孔的结果。

利用新研制的聚变反应速率测量系统, 在神光Ⅲ原型装置上测量了间接驱动时充DT气体的玻璃球壳内爆靶丸的聚变反应速率的时间历程, 获得了DT中子产额约为1010时的聚变反应速率随时间的变化过程, 发现了聚变中子发射在时间上的双峰结构。利用辐射流体程序对聚变中子在时间上的双峰结构进行了数值模拟, 发现双峰结构分别由冲击压缩过程和惯性压缩过程产生, 靶丸壳层厚度不同时产生的聚变中子发射双峰强度比变化可能是由靶丸的初始表面调制度不同所致。通过理论模拟与实验结果的对比, 验证了中子聚变反应历程的双峰结构。

在1~3 THz频段内设计了11个分点频率, 对每一频率的对应的场强和电子束能量进行了选取和计算。模拟结果表明:采用目前参数基本能够达到设计要求;辐射频段在2.6 THz附近时装置输出功率和增益都比较高, 可以先锁定这个频段附近进行实验的调试;在长波段即1 THz左右时, 滑移效应显著, 腔增益和输出功率较低, 实验实现比较困难, 因此在1 THz频段附近必须积极想办法来提高输出功率。

针对THz波段介质涂敷空芯金属圆波导传输特性的精确分析问题, 基于波导中场方程及边界条件建立关于传播常数的特征方程, 并且采用改进的Muller法求解特征方程得到涂敷圆波导主模HE11模的传播常数。计算中对THz波段的非理想导体电导率采用经典弛豫效应模型。仿真结果表明：内径为1.8 mm的银波导, 当聚苯乙烯涂敷层厚度为17 μm时, HE11模在1.5~3.0 THz的衰减常数在1 dB/m以下, 且具有较好的色散特性; 内径为2.2 mm的银波导, 在2.5 THz时其衰减常数随涂敷层厚度的增加先增大后减小, 且存在最佳介质涂敷层厚度, 可实现THz波低损耗传输。

根据0.14 THz共焦波导回旋行波管对电子枪的要求, 完成了双阳极磁控注入电子枪的设计。使用PIC软件对理论设计得到的结构参数进行了模拟优化, 最终得到该枪的电子注横纵速度比为0.75, 纵向速度零散1.33%。讨论了电极形状、阴极磁场、控制极电压及发射电流对电子注性能的影响, 结果表明, 设计过程中应对它们进行充分的优化。

根据微波网络理论, 将单耦合口输出回路的冷测模拟物理模型进行扩展, 使其适用于双耦合口回路。并在此模型的基础上提出了计算双间隙双耦合口输出回路间隙阻抗频率特性的冷测模拟方法。运用该方法, 结合软件仿真, 计算分析了某S波段双间隙双耦合口输出腔, 分别得到该回路工作在2π模式下的阻抗实部与虚部的频率特性, 并对计算结果的合理性作了论证。最后通过将计算结果与采用场分析法及散射参数方法得到的结果进行比较和分析, 进一步验证该冷测模拟方法的可靠性。

脉冲源作为探地雷达的核心部件, 其高功率和超宽频带可保证探测距离和探测分辨率, 波形的光滑性与稳定性同时也影响着目标成像质量。选用雪崩三极管组成Marx电路输出单极性脉冲, 采取措施优化波形中的不光滑部分, 精确计算传输线延迟时间, 信号反向叠加形成双极性脉冲, 设计梳状PCB形式有利于脉冲源的小型化。测量结果表明：脉冲波形平滑对称, 正负峰间脉宽为1.64 ns, 幅度为812 V(50 Ω负载), 拖尾振荡低于总体幅值的10%, 和仿真结果吻合较好, 符合探地雷达的需求。

提出了一种由新型Vivaldi天线单元构成的2×2十字交叉圆极化天线阵。Vivaldi天线单元采用边缘渐变对拓的锯齿结构, 提高了天线在4.7～7.0 GHz频带内的增益, 其反射系数低于-10 dB的带宽为2.4～11.0 GHz, 具有超宽带线极化特性。圆极化天线阵测量结果显示, 在4.5～7.0 GHz频带范围内, 其轴比均低于3 dB, 且整个频带范围内增益达11～13 dBi。

针对模式转换器设计中在相同的中心频点转换效率下模式转换器越短带宽越宽的传统观点, 研究发现了最佳长度的存在, 即当结构长度大于最佳长度时, 带宽随着结构长度增加而减小, 当结构长度小于最佳长度时, 带宽随着结构长度增加而增加。通过对中心频率35 GHz、半径13.6 mm的TE01-TE11模式转换器进行的验证发现, 最佳长度为550 mm, 此时带宽达到最大值6.28%。

在回旋行波放大器的设计中, 输入输出段的性能直接影响到整管输出功率、效率及增益。设计了一种采用渐变过渡段的输入耦合器来减少电子注在前端的截获, 而且略微地提高了耦合特性, 有效带宽达到4.06 GHz。采用二级切比雪夫渐变波导作为输出结构的耦合输出段, 从仿真结果得到, 在整个工作频段内, 该结构中TE01工作模式的反射低于-20 dB, TE01模向杂模TE02和TE03的耦合分别在-20 dB和-30 dB以下。

为了使雷电电磁场的计算更加接近实际情况, 并对远场区雷电电磁脉冲场进行模拟, 利用偶极子理论对斜向放电通道雷电电磁场解析表达式进行了求解, 用解析方法对地表雷电电磁场及其导数在远场区的一阶、二阶近似表达式进行了推导, 得到了电磁场及其导数与通道底部电流及其导数的远场近似关系。采用脉冲函数表示通道基电流, 对比了精确表达式与近似表达式计算的电磁场及其导数波形。结果表明在远场区, 斜向通道雷电电磁场波形与其近似波形的偏差、电磁场导数波形与其近似导数波形之间的偏差均随着距离的增加而减小, 且电磁场导数近似公式要比电磁场近似公式适用范围更加广泛。计算结果验证了解析推导近似的可行性。

研究了超宽谱脉冲电场产生装置的馈电结构, 分析了不同结构参数下馈电点不连续性及其时域响应特性, 测试得到了馈电插针在不同插入深度下装置的阻抗匹配特性, 结合理论计算和时域有限差分法获取了不同参数下的馈电点处脉冲响应特性, 并与实测数据进行了比对。结果表明, 当控制馈电结构插针深度为10 mm时, 其对脉宽0.3~1.5 ns范围内单双极激励脉冲电压反射系数不大于4%。利用D-dot传感器测试了单锥内场脉冲电场波形, 结果显示, 在单锥TEM室有效时间窗口内, 脉冲激励波形与脉冲场测试波形基本一致。

以带有返波结构的混响室为基础, 研究了在复杂腔体内部返波结构的改变对场分布的影响效果。根据微波混沌理论分析了不规则腔内的场分布特征; 结合统计电磁学, 确立了在高功率微波短脉冲激励下的混响室中进行场均匀性和各向同性验证的指标; 对复杂腔体中返波体的大小、数量及分布范围等因素进行了研究。数值模拟结果显示：凸起结构的尺寸越大, 其对腔内电场的影响效果越为明显, 尤其是腔内电场分布的统计均匀性和各向同性结果, 都能得到很好的改善。同时凸起结构越多, 分布的范围越广, 腔内电场的统计均匀性和能流的统计均衡性就越好。

采用基于Ansoft HFSS的电磁仿真平台, 研究了一个工作于Ka波段(37.5 GHz附近)的缺陷态同轴布拉格波导在不同的开槽方式及缺陷位置条件下的传输特性。结果表明：该波导只有在内外导体壁单面开槽并引入缺陷, 或者双面开槽且两个开槽面同时引入缺陷的条件下才能够有效地产生出传输通带;对于后者而言, 将内外导体壁的波纹初始相位差设置为π且让缺陷位于波导中间时, 可以获得带宽极窄、阻带抑制范围较宽的传输通带, 此时, 给内外导体壁的缺陷引入适度的错位能够对通带的中心频率、带宽等性能指标起到微调作用, 而引入大间距的错位则能够在禁带中产生出多个通带, 从而起到多通道滤波的作用。

为解决回旋管行波管收集极的散热问题, 保障回旋行波管工作的可靠性和稳定性, 利用CST电子仿真软件模拟出电子在回旋行波管中的运动轨迹, 并因此确定了进入收集极的电子注的初始条件。利用ANSYS有限元软件对回旋行波管收集极的散热特性进行详细的模拟计算, 分析比较了不同热流密度加载方式对收集极温度分布的影响。采用非均匀热流加载方式探究了水温和流速对收集极温度的影响, 并对收集极的散热翼片的数目和尺寸进行了优化, 最终得出了比较理想的结构。模拟结果优于经验值, 说明了所用模型和方法的正确性。

应用几何光学理论分析了高阶过模Denisov辐射器的基本工作原理。以耦合波理论为基础, 给出了高阶过模Denisov辐射器的设计方法。结合3 mm波段边廊模回旋管的具体参数, 研究了3 mm波段工作模式为TE6, 2的Denisov辐射器。采用编制的数值计算程序, 优化得到可靠的最优波导壁扰动几何参量, 据此设计出了紧凑的96.4 GHz工作模式为TE6, 2的Denisov辐射器。经全电磁场仿真验证, 该辐射器壁电流发生了较好的汇聚, 在切割边缘电流幅值降为汇聚中心点的10%, 输出准高斯束能量转换效率为96.51%。

为了更好地实现对大尺度器件的模拟, 以及更系统地验证和解决高功率微波系统在设计和实验中负载变化等影响, 在进一步深入研究电磁PIC并行算法的基础上, 运用MPI消息传递函数做出了改进。提出了一种整体建模、分段解析的并行算法, 并从并行时序算法入手, 通过减少一次同步提高了计算的效率。最后经过一个磁绝缘线振荡器进行验证, 改进的算法正确, 并且当计算进程数4个增加到16个时, 计算速度能提高2.5倍左右。

为了研制紧凑型自由电子激光装置, 开展自由电子激光太赫兹技术研究, 需要研制微波电子枪作为高品质电子束源, 为此, 中国工程物理研究院研制了独立调谐热阴极微波电子枪。在前期进行了初步热测实验的基础上, 通过改进实验环境、优化实验参数, 进一步开展大量实验, 深入研究了热阴极微波电子枪的热测实验结果。实验结果表明:微波电子枪出口处束流强度可超过500 mA, 电子反轰效应随着首腔电场的相位和幅度调节发生显著变化。该热阴极微波电子枪已经应用于紧凑型自由电子激光装置。

为满足强流加速器对准直器高散热性能、高抗辐射性能、超高真空、高定位精度、高稳定性和在线实时调整等特殊要求, 在CSNS/RCS主准直器设计时针对结构方案和控制方案进行了详细设计和研究, 针对关键部件：刮束器、真空盒、驱动装置和远程快速拆卸装置等设计难点进行了阐述, 在设计中使用ANSYS完成了刮束器的热分析及支架强度和变形校核, 用FLUKA程序对辐射屏蔽进行了分析和设计, 确保主准直器设计的可靠性。

中国散裂中子源(CSNS)快循环同步加速器(RCS)把能量为80 MeV的束流储存并加速到1.6 GeV然后引出到靶站。为了减少RCS中的束流损失, 有必要对RCS做色品校正, 并减小动量偏移对束流光学的影响。尝试了多种色品校正方案并对不同色品校正方案做了比较。用三维跟踪程序SIMPSONS研究了色品校正六极铁与空间电荷效应对束流的影响。色品校正六极铁可以有效减小色品引起的频散, 但是由于六极铁为非线性元件, 导致不同振幅的粒子间有一定频散。模拟发现同时存在空间电荷效应和色品校正六极铁时, 会有少量的束流损失。

提出了一种基于径向基函数(RBF)神经网络的闪光照相网栅图像修补算法, 该方法采用滑动窗口方法将待修补的网栅图像分为若干子块, 然后在每个子图像内分别引入RBF神经网络, 将栅孔内图像作为已知数据计算RBF网络参数, 并以此对每个子图像进行修补, 数值试验表明, 该算法能较好地再现图像边缘信息, 修复的图像在信噪比和视觉方面都优于线性插值和样条插值的结果。

为了去除工业CT图像中的边缘伪影, 提高CT图像的识别能力和尺寸测量精度, 提出一种降低串扰的系数修正法。首先分析得出边缘伪影主要是由散射射线在相邻探测通道之间的串扰所导致, 并给出了探测通道串扰的数学模型; 然后根据数学模型设计实验方案, 通过对影响串扰率的主要因素进行实验分析, 得到串扰率随入射X射线能量和被测物体厚度变化关系, 再通过最小二乘拟合得出投影数据关于串扰率的函数; 最后利用此函数对投影数据进行校正, 降低了串扰的影响。实验结果表明, 探测器间一级串扰率约为9.0%, 二级串扰率约为1.2%, 其中一级串扰是造成边缘伪影的主要因素, 采用本文方法能够有效地抑制边缘伪影, 同时较好地保留了图像细节和边缘。

利用不同波长和光强的纳秒激光, 对Kr原子团簇进行了激光电离的飞行时间质谱研究, 观察到Kr高价离子价态显著地依赖于激光波长, 当分别用波长为1064, 532, 355和266 nm的激光照射Kr原子团簇时, 可分辨的离子最高价态分别为+17, +11, +4和+2价; 然而离子价态与激光功率密度的依赖关系并不明显。实验结果支持“多光子电离-逆轫致吸收加热-电子碰撞电离”三步电离模型, 表明电子碰撞电离是高价离子产生的主要途径。

为了研究阴极微凸起形状对其热不稳定性的影响, 采用数值模拟方法研究了不同外加电场条件下, 圆柱、圆台和圆锥形等不同形状微凸起的热不稳定性发展过程。结果显示:对于不同形状的微凸起, 当微凸起顶部温度达到阴极材料的熔点时, 微凸起内部温度分布差异显著, 随着微凸起形状由圆柱-圆台-圆锥形变化, 微凸起内部温度接近材料熔点的部位越来越少; 外加电场相同时, 微凸起形状越接近圆锥形, 爆炸电子发射延迟时间越长; 在阴极表面电场强度高于11 GV/m时, 爆炸电子发射延迟时间随着微凸起顶底半径比值的减小或阴极表面电场强度的下降近似成指数规律增长。

采用双向辐照的方法研究了碲锌镉晶体中的深度极化效应, 实验结果表明, 深度极化效应与直接辐照的X射线剂量无关。通过对晶体内电场分布的模拟, 进一步分析了深度极化的形成机制, 认为深度极化效应与极化效应一样, 都是由于高浓度的堆积电荷使得晶体内电势畸变从而阳极不能收集信号, 但它与通常极化效应有所不同, 造成这种极化的高浓度空间电荷是从更高浓度的空间电荷区扩散而来的, 发生深度极化的区域本身并没有受到X射线的强烈辐照。

分析了质子照相过程中发射度的增长过程。开展了照相系统设计, 针对设计的照相系统, 采用理论分析和蒙特卡罗计算的方法, 具体分析了各个发射度增长因素的影响程度。分析结果表明：对于高能质子照相, 加速器的引出发射度对系统的色差模糊的影响可以忽略, 但对于中能质子照相, 加速器的引出发射度不可忽略。可通过提高加速器引出系统的聚焦能力和减小散束器的厚度来减小发射度影响。

提出用固定孔径的换能器虚拟阵列探测器进行数据采集, 该换能器只需对样品进行180°扫描。实验中, 使用调Q Nd: YAG激光器作为光源, 激光器输出激光波长为532 nm, 重复频率为10 Hz, 脉宽为7 ns; 使用非聚焦换能器进行光声信号探测, 其接收面直径为6 mm, 中心频率为2.25 MHz, 接收到光声信号用逆拉东变换进行图像重建。以小白鼠的离体爪子作为成像对象, 换能器由旋转电机控制并以2°作为旋转步长进行180°旋转扫描获取实验数据, 运用逆拉东变换进行了图像重建。所重建的图像比较清晰地反映了爪子内部的骨骼分布。由此表明, 逆拉东变换可以用于光声成像, 并且实现了有限角度的光声成像。

以聚3-己基噻吩(P3HT)为有机层、价格低廉的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为绝缘层制备了底栅顶接触型结构的有机薄膜晶体管(OTFT)。采用一种新型喷雾工艺来制备器件的有机薄膜层, 通过测量有机薄膜晶体管的电学特性, 可得出应用喷雾制备的器件有较好的性能。在100 mW/cm2标准模拟太阳光照下, 测量基于P3HT的有机薄膜晶体管器源漏电流随时间的变化特性, 结果表明基于P3HT的有机光敏薄膜晶体管, 不仅具有明显的响应特性, 而且具有很好的恢复特性。同时, 对比黑暗和光照1, 2, 4 min下的OTFT特性转移曲线, 得到器件的阈值电压随时间的变化曲线。

绝缘体沿面闪络是制约脉冲功率技术发展的瓶颈之一。为了能对沿面闪络机理有更深的认识, 通过在沿面闪络过程中引入激光辐照的作用, 考察了绝缘样品上不同的辐照位置对于沿面闪络性能的影响。实验结果表明：辐照位置越靠近闪络起始的地方, 对沿面闪络性能的影响越大; 在沿面闪络的过程中, 不同的阶段如闪络起始阶段及电子倍增阶段在整个闪络过程中所起的作用不同。

为了驱动低能重复频率高阻抗X光管, 采用低感陶瓷电容构建了一套电长度约33.5 ns、阻抗约8 Ω的Blumlein型脉冲形成网络(BPFN), 在匹配负载条件下研究了采用GaAs光导开关(PCSS)作为脉冲输出开关时PCSS工作场强、激光触发能量与能量转换效率的关系。实验表明：PCSS截止场强为3.21～4.94 kV/cm, 在工作场强高于20 kV/cm时, 截止场强引起的能量损失对能量转换效率的影响不大; PCSS较高的导通电阻是影响PFN能量转换效率的主要因素, 随着工作场强、激光触发能量的上升, 能量转换效率呈指数上升趋势。

针对目前浪涌保护器件性能分析方法不完善、缺乏准确数学模型的问题, 提出了一种基于NARX神经网络的电磁脉冲响应时域建模方法, 并给出NARX神经网络建模的理论基础及设计步骤。通过组建传输线脉冲测试平台及静电放电实验平台, 对NUP2105L型瞬态抑制二极管进行注入实验, 采集输入输出实验数据并建立NARX神经网络模型。对建模效果进行分析, 所建模型可以较为准确地预测输入脉冲为方波脉冲、人体金属模型及机器模型静电放电电磁脉冲时, 响应电压曲线趋势、响应时间、脉冲峰值、箝位时间及箝位电压等性能指标, 验证了模型的正确性。