作为强激光系统的终端组件之一，光束采样光栅是制作在熔石英基底上的浅槽光栅。利用熔石英的传统化学机械抛光技术，修正熔石英光束采样光栅的槽型轮廓，降低局部偏高的衍射效率，以提高光束采样光栅的整体效率均匀性。利用此方法已成功将430 mm×430 mm的光束采样光栅的衍射效率均方根值(RMS)由30%附近降低到5%以下。实验结果显示，利用传统化学机械抛光技术可以有效提高光束采样光栅衍射效率均匀性，这是一种可行的技术方案。

基于增益开关技术获得了稳定的高能量全光纤结构2 μm脉冲光纤激光器，脉冲重复频率在10~50 kHz之间可调，输出激光中心波长为1958 nm，输出脉冲宽度随着泵浦功率的增加不断减小，其变化范围为1.2~1.7 μs。采用两级掺铥光纤放大器对种子激光进行放大，当脉冲重复频率为10 kHz时，获得了5.18 W的输出平均功率，输出脉冲宽度为1.6 μs，单脉冲能量为0.518 mJ。

提出了一种角度对数周期微带曲折线慢波结构，该结构具有微带型慢波结构尺寸小、易加工的特点，同时特殊的结构使得它可以工作在极低的电压下，可用于低工作电压、宽频带毫米波径向束行波管。给出了这种慢波结构在Ka波段的色散特性和传输特性，并进行了注波互作用的分析。计算结果表明: 该新型慢波结构的工作电压可低至809 V，输出功率26 W，3 dB带宽约为19 GHz (27~46 GHz)，虽然单个角度对数周期微带曲折线慢波结构的输出功率较小，但是这种结构通过功率合成，可以达到数百W的功率输出。

准确测量激光远场光斑强度时空分布是分析强激光大气传输效应和评价激光系统性能的有效手段。概述了测量激光光斑强度分布的几种方法及其适用性，重点叙述了基于阵列探测法的强激光远场光斑强度分布测量技术，总结分析了量热阵列法、光电阵列法和量热/光电复合法等三类阵列探测系统应用特点。最后介绍了两种分别用于测量连续波高能激光和重频脉冲激光的光电阵列靶斑仪，系统具有结构紧凑的特点，能够满足运动靶目标上强激光参数测量要求。

首先介绍了基于工业CT的反求工程技术的基本原理和基本步骤。然后分别从基于曲面分割和基于体素分割这两条基本工业CT的反求技术路线，就近年来国内外相关技术的研究进展，进行了阐述、分析和总结。同时，以一实例来展现两条技术路线的反求结果。最后，对基于工业CT的反求工程技术在实际应用中尚未有效解决的问题进行描述和未来的发展进行了展望。

定量分析气孔大小和气孔率对陶瓷激光输出性能的影响，建立了气孔分布模型并结合Mie散射和固体激光技术相关理论，讨论气孔散射对陶瓷激光透过率和输出性能的影响。结果表明，气孔率对激光陶瓷的透过率和斜率效率有着决定性的影响。在给定的气孔尺寸分布下，气孔率越高，陶瓷透过率和激光斜率效率越低; 在给定的气孔率下，气孔中心尺寸越大，陶瓷样品的透过率和激光斜率效率越低。减小气孔尺寸至0.3 μm以下能有效提高激光斜率效率。气孔越大，激光阈值随气孔率增大而上升越快，越不利于实现激光输出。在实际工作中，改进和控制工艺减小气孔尺寸对提高陶瓷的输出性能同样有着重要意义。

研制一套同时具有时间分辨及空间分辨能力的超快电子衍射(UED)系统，理论时间分辨能力达到300 fs，空间分辨能力160 lp/mm，并对该系统进行了静态性能分析。实验表明，优化后系统电子束直径约为300 μm，电子打靶角度约为0.09°，同时对x和y偏转板的灵敏度、电子束斑尺寸及位置稳定性进行定量分析,利用该系统进行多晶铝膜电子衍射实验，分析衍射图样表明系统最小可以分辨单个晶格间距的0.36%。

利用高功率Nd: YAG激光对不同工艺处理的SWOSC-V弹簧钢丝进行单点冲击处理，用X射线应力分析仪测量弹簧内外侧、侧表面的残余应力并计算出残余主应力，建立了激光冲击SWOSC-V弹簧钢丝表面残余应力的产生模型，并利用该模型分析了弹簧钢丝表面残余应力产生的原因。结果表明: 弹簧钢丝在经激光冲击处理的表面强化区产生残余压应力，钢丝退火后直接激光冲击处理与经喷丸强化的钢丝激光冲击处理的表面残余应力变化不同，喷丸强化所引起的材料硬化是激光冲击处理弹簧钢丝残余应力变化不同的原因。

构建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。分析了激光声信号的时频域数学模型，实验研究了激光声信号的频域能量分布，以及激光器重复频率和激光声信号频谱特性的关系。结果表明: 激光声信号能量主要集中在200 kHz内，其中100~200 kHz内的能量所占比例约50%。激光声信号的幅频响应极大值点可以受到激光器重复频率的控制。

基于Kogelnik理论模型，以平面波为入射光，分析了双体布拉格光栅(VBG)的反馈特性。理论分析表明，采用双VBG结构，通过控制两个VBG的中心波长差，可以使光栅反馈的效率提高，带宽加宽。对于由两块带宽100 pm、衍射效率20%的VBG组成的双VBG反馈系统，中心波长相同时，衍射效率最大(33.3%); 中心波长相差84 pm时，其带宽为单VBG带宽的1.8倍(180 pm)。由于VBG的中心波长存在温度漂移特性，因此通过改变双VBG结构中VBG的温度可以实现衍射效率和带宽的改变，为泵浦源的优化提供有效可行的方法。

为提高化学氧碘激光的性能，用五氧化二磷(P2O5)和硫酸(H2SO4)射流进行了单重态氧气流中的水汽脱除实验。实验结果表明: 在约4 kPa压力、20 m/s流速和5 ms停留时间的气流状态下，P2O5和H2SO4射流可将水汽含量分别降低至原来的约1/5和1/16，发烟硫酸甚至可降至约原来的1/90，而且对单重态氧的猝灭很小。P2O5和H2SO4都是极佳的常温射流除水剂。

建立了封闭竖直管道热耦合效应物理模型，采用流固耦合方法，数值模拟了封闭管道中介质气体、光学玻璃之间的热相互作用造成流场分布的变化，研究了热耦合作用对近场波前相差和远场光束质量的影响。数值模拟结果表明，光束质量可以由封闭管道内介质气体温度分布来决定，气体在管道内流动改变温度分布，使得相差分布不断变化，造成远场光束质量的振荡起伏; 光学镜与介质气体热相互作用对流场分布有较大影响，尤其是竖直管道底部的光学镜对激光束远场光束质量影响明显。热耦合效应放大了光束质量的变化: 当介质模型中光束质量变差，热耦合模型中热耦合效应使光束质量变得更差; 当介质模型中光束质量变好，耦合模型中的热耦合作用使光束质量变得更好，即光束质量随着流场分布的变化而振荡。

针对中心波长780 nm的商用连续波半导体激光器，使用斩波器将连续激光变为脉冲输出形式，用2400 line/mm的平面全息光栅搭建Littrow外腔将线宽压窄至0.2 nm以下。采用透镜组对线宽压窄后的半导体激光进行光束整形，半导体激光经线宽压窄和光束整形后，经透镜聚焦进长约8 mm的铷蒸气泡进行半导体泵浦碱金属激光实验。首次出光得到17.5 mW的基模线偏振铷激光; 在最新的改进实验中，半导体泵浦铷激光输出功率已达到2.8 W。

为了在稀疏发射阵列下清晰重构目标图像，提出了一种基于空域非均匀傅里叶变换(NDFT)的傅里叶望远镜信号处理方法。依据傅里叶望远镜的发射器位置与抽取的目标空间频率关系，结合MATLAB程序特点，完成了空域非均匀傅里叶逆变换，重构了目标图像。稀疏发射阵列配置方式为: T型阵列单臂放置11个发射望远镜，连续抽取目标的8个低频信息，再抽取3个高频分量。选择不同形状和灰度分布的4个卫星作为成像目标。与补零均匀快速傅里叶变换(FFT)方法重构的图像对比发现: 信噪比为100 dB时，相比补零均匀FFT方法， NDFT方法重构图像的Strehl比都有所提升，最高提升了0.159 8。

基于水下目标探测的应用需求，研制开发了一套激光水下距离选通成像系统。系统采用波长532 nm、最大单脉冲能量400 mJ的Nd: YAG脉冲激光器作为照明光源，采用最小选通门宽3 ns、像元1024×1024的ICCD相机作为门选通器件和图像记录器件，利用DG535型数字脉冲发生器作为精确延时和同步控制器件实现激光脉冲和ICCD相机选通门的同步以实现距离选通功能。利用该系统在某水库进行了水下目标探测实验，实验结果表明，该系统可在6.5倍的衰减长度上识别目标，在8倍衰减长度上发现目标。

利用双向反射分布函数经验公式推导出激光主动照明条件下的目标反射截面表达式，给出了目标反射截面的一种近似计算方法，基于该方法计算了圆锥体目标反射截面。利用固体激光器和CMOS相机搭建实验系统,实际测量了目标反射截面随入射角度和不同目标体等参数变化时的变化情况，实验系统及数据同提出的方法计算得到的结果基本一致。结果表明，目标形状相同，入射角小于45°时，目标反射截面随着无涂层、白色油漆、灰色油漆逐渐变小，大于45°时白色油漆涂层目标反射截面最大; 在目标表面特性相同的时候，目标反射截面随圆板、圆柱、圆锥渐次减小。

针对不同比例的灰尘和海盐团簇自然气溶胶，利用离散偶极子近似(DDA)法，通过考察成分的影响，使用波长为0.55 μm，尺度参数变化范围为0.1~25时，研究了散射相函数和激光雷达比的影响，结果表明二者的变化趋势大体相同。尺度参数为13~24时，团簇自然气溶胶散射相函数有明显的后向散射加强，其中尺度参数为18附近，后向散射加强效应最明显。灰尘比海盐对散射相函数影响更大，二者的影响主要集中在尺度参数为15~25范围内，但除了散射角为180°附近的后向外，影响的散射角方向略有不同。不同比例下的团簇自然气溶胶激光雷达比在尺度参数为3左右有最大值，其值约为180。在尺度参数为0.2~25范围内，成分对激光雷达比的影响不大，相对偏差小于10%，特别是尺度参数为0.5~2时的影响可以忽略，相对偏差小于1%。

介绍一种高帧频相机垂直拖尾影响的解决方法，该方法同时考虑连续采集模式下帧间图像和像元合并(binning)技术的影响。与常用的静态图像拖尾处理的算法如逆向逐行修正算法相比，该算法非常适用于连续图像拖尾处理，特别是经过Binning后获取的图像。在某自主研制的基于异步时序的40 000 帧/秒高速相机中应用该方法，有效去除了拖尾影响。最后，运用该方法处理的图像验证了算法的有效性。

基于瑞利-索末菲衍射积分公式，推导出截断非傍轴双曲余弦-高斯光束在自由空间传输的解析表示式，分析了一些特例，并引入非傍轴范畴的桶中功率概念，用以描述非傍轴光束的远场光束质量。结果表明: 截断非傍轴双曲余弦-高斯光束的光强和桶中功率不仅与束腰宽度与波长之比、偏心参数及截断参数有关，而且桶中功率还与桶的尺寸有关。在一定的范围内，较大的束腰宽度与波长之比, 截断参数和较小的偏心参数使光束有更好的聚焦特性，表现出更好的光束质量。

利用1064 nm Nd: YAG激光器研究了激光诱导铁条等离子体的特征参数。为了减小测量误差和谱线自发辐射跃迁几率不确定性带来的计算误差，采用改进的迭代Boltzmann方法精确求解铁等离子体的电子温度为8058 K。Lorentz函数拟合Fe I 376.553 nm得到等离子体的电子数密度为8.7×1017 cm-3。分析表明等离子体的加热机制主要是逆轫致过程，其吸收系数是0.14 cm-1。实验数据证实激光诱导铁等离子体处于局部热力学平衡状态和光学薄状态。

针对光学元件损伤图像中损伤区域的高精度检测问题，对内全反射照明下光学元件损伤图像的处理技术进行了研究。根据在线检测图像中损伤区域中心峰值的信号强度高于局部背景的信号强度这一特点，利用高斯滤波器生成待检测图像的局部信号强度比图像，实现了对损伤区域的低漏检率自动定位; 根据CCD的成像原理，利用辐射标定的方法建立起损伤区域的尺寸与其在图像中总灰度的关系方程，实现了损伤区域的亚像素高精度尺寸测量。实验结果表明，与传统的光学元件损伤图像处理算法相比，本文提出的算法在保持低漏检率的同时大大提高了损伤区域的测量精度。

在高效率转化腔的制备过程中，使用氢氧化钠溶液去除铝芯轴是最关键的步骤之一。为掌握铝在氢氧化钠溶液的腐蚀行为，采用失重法，研究铝在30 ℃条件下，1~5 mol/L的氢氧化钠溶液中的动力学行为; 以及在3 mol/L的氢氧化钠溶液中，30~50 ℃条件下的氢氧化钠溶液中的动力学行为。对数据进行拟合和经验公式处理，求出各动力学参数(反应级数，速率常数，表观活化能、指前因子)，并通过X射线衍射仪对其产物进行分析。

提出了一种考虑衍射效应的激光几何光路追踪方法。引入由激光标量场定义的Wigner激光能量相空间分布函数，并给出该函数满足的刘维尔运动方程。Wigner分布函数用来描述经过空间任一点沿任一方向传输的激光光线上的能量分配。激光能量沿由波包色散关系定义的光线轨迹保持不变(真空中)或者衰减(等离子体中)。与传统几何光路追踪方法相比，该方法从理论上给出了激光光线初始携带能量份额的计算方法，并且将激光标量场的相位信息自然地包含在Wigner分布函数的定义里。算例表明，该方法与解析模型及广泛使用的菲涅耳衍射积分方法结果一致。

采用理论分析和数值模拟研究了考虑相对论效应的自生磁场及其产生机制，给出了自生磁场的解析表达式，得到了温度梯度和密度梯度的非共线性所引起的自生磁场空间分布的时间演化关系。数值结果表明，当峰值强度为1019 W/cm2的激光作用于凹形靶前表面时，在等离子体表面领域观察到的自生磁场最大值为51×102 T量级，与实验测量结果相符合。

针对来流马赫数低于设计值时，吸气式冲压发动机进气道进气捕获率降低的问题，在唇口上游沉积高重频激光能量使气流偏折以提高进气捕获率。在马赫数为5.0、静压和静温分别为2 551.6 Pa和116.7 K的条件下，通过求解二维非定常可压缩RANS方程，数值研究了高重频激光能量注入提高进气捕获率的作用机制，通过在预想最优能量沉积点附近寻优的方法确定了最佳的能量注入点，结果表明: 在该位置沉积频率100 kHz、平均功率500 W的激光能量形成的虚拟唇口可以使来流捕获率由63％提高至97％。结果证明了高重频激光能量注入提高进气捕获率的潜在应用价值，并为能量注入位置的优化选择提供了方法。

采用5个针孔配接5块对数螺线晶体单色器方案，研制了一台五通道靶室内置式X射线单色成像器，并利用该成像器在阳加速器上成功获取了铝丝阵负载Z箍缩内爆等离子体的K壳层自辐射五通道单色线谱图像。该成像器结构紧凑，安装调节简便精准，能谱分辨力高(小于1.3 eV)，能够清楚分辨Al的类氦主共振线(1 598.4 eV)和互组合线(1 588.3 eV),以及类氢主共振线(1729 eV)及其伴线(1 727.7 eV)光谱图像。由于阳加速器驱动能力有限，这些图像均由若干的离散热斑组成，并且大都集中在柱状等离子体轴线上，说明这些热斑附近的电子温度和密度较周围要高; 类氦主共振线较类氢主共振线图像强度高、热斑区域大，反映了Z箍缩等离子体温度不够高，原子被激发到类氢离子的数量远少于类氦离子。

采用过滤阴极真空弧法，制备了满足激光稳相加速机制要求的超薄自支撑类金刚石碳靶。室温下沉积，基片偏压为-32 V，薄膜沉积速率约为每脉冲0.002 nm。选取NaCl膜作脱膜剂，采用漂浮法进行脱膜。打捞板孔径为1 mm时，自支撑厚度范围为5~50 nm，自支撑成功率约为70%。利用拉曼光谱仪及原子力显微镜等仪器，测量了薄膜的结构、表面粗糙度等关键参数。

以硝酸铝［Al(NO3)3·9H2O］和硝酸钇［Y(NO3)3·6H2O］为原料，碳酸氢铵［NH4HCO3］为沉淀剂，PEG400，PEG800和PEG1000等为分散剂，采用正向共沉淀法合成了钇铝石榴石(YAG)前驱体粉末。并用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、粒度测试仪等分析了粉末的形貌和性能。结果表明，分散剂的加入，减少了粉末的团聚现象，而且由PEG400，PEG800分散剂制备的先驱体粉末经1200 ℃煅烧60 min后均能形成纯度较高的YAG相，但PEG1000样品粒度更细，比表面积为1748.78 m2/kg，中位径为1.42 μm，而前者所得粉末的比表面积分别为29.39和128.60 m2/kg，中位径分别为196.14和20.55 μm。

基于多种诊断设备获得的物理参数和物理图像，分析了8 mm铝丝阵内爆各阶段的辐射特征。 实验结果表明，铝丝阵的先驱等离子体在形成后未出现明显不稳定性特征。在向心箍缩阶段，出现了泡-钉(bubble-spike)结构，并伴有局部热点。结合分析空间分辨能谱图像，表明热点的形成与等离子局部的高温高密状态有关。通过对X光条纹像进行时间和空间的定标，得到透过50 μm Be膜的等离子体热点的空间尺寸约为0.8 mm，持续时间小于10 ns。

以单锥天线和螺旋天线作为开关振荡器辐射天线为例，采用等效电路模型和商业电磁仿真软件，分别对天线末端电压振荡信号和辐射电场脉冲进行了研究。研究结果表明: 采用行波天线或者电长度与振荡器一致的振子天线作为辐射天线，都能够产生中心频率与振荡器本征频率一致的电磁脉冲信号; 但采用振子天线时，振荡信号持续时间较短(Q值较低)，频谱上能量较分散，带宽较宽，而采用行波天线则脉冲持续时间较长(Q值较高)，频谱上能量较集中，带宽较窄。

分析了微波对PIN限幅器的热损伤机理，基于器件物理模拟分析法，利用Sentaurus-TCAD仿真器建立了器件微波热效应模型，研究了频率为5.3，7.5，9.4 GHz的微波信号作用下，器件损伤过程中温度瞬态变化规律和瞬态温度分布规律。结果表明: PIN限幅器尖峰泄露阶段器件温度上升较快; 稳态限幅后温度上升缓慢; 临近热击穿状态，器件进入热电失控状态，峰值温度快速上升，最终器件因温度过高烧毁; PIN二极管中的I区或P区与I区之间的结边缘处，较容易烧毁。对PIN限幅器进行大功率微波注入实验，器件损伤实验结果与数值模拟结果吻合较好。

高功率、长脉冲是高功率微波技术发展的趋势，提高微波器件的功率容量成为一项重要的任务，使用过模器件可以有效提高微波源的功率容量，然而却会带来微波源中同时存在多种模式的问题。为了识别一个X波段长脉冲过模高功率微波源的输出主模TM01模式，设计了一种在线选模定向耦合器，进行了理论分析和模拟优化设计。当频率范围为9.2~9.6 GHz时，模拟结果显示该选模耦合器对TM01模的耦合度为-54 dB，在400 MHz带宽内定向性大于35 dB，对TM02模的抑制度大于15 dB，功率容量可达到3 GW以上。

为实现2×5 GW级双路输出超宽谱高功率微波驱动源的小型化，选择研制了一种与双筒脉冲形成线(Blumlein线)相配一体化的带有开路磁芯的Tesla变压器，作为初级脉冲功率源。进行了Tesla变压器的理论分析，利用简化的磁路模型研究了Tesla变压器初次级线圈电感等电参数的估算方法，给出了Tesla变压器磁芯截面的估算和磁芯制作方法。该Tesla变压器最大输出电压880 kV,充电时间约20 μs,耦合系数约0.95,实验结果与理论设计相符。

采用时域有限积分法(FIT)对相同几何口径尺寸下不同长度TEM喇叭天线的主轴辐射特性进行了研究，分析了有限长TEM喇叭天线与理想(无限长)TEM喇叭天线主轴辐射场存在差异的原因，导出了有限长TEM喇叭天线主轴辐射场在接近理想TEM喇叭天线辐射场条件下天线长度与激励脉冲宽度(或脉冲上升时间)之间的关系。在此基础上，根据文献中的研究结果，并结合激励脉冲波形，给出了TEM喇叭天线几何参数的优化设计方法。

根据钻孔雷达全向天线的设计要求，为减少天线的结构尺寸增加带宽，设计了一种新型电阻加载全向天线。通过理论分析和数值优化，选择了较优的结构尺寸，得到了较佳方向图和带宽。天线外径为65 mm，使用10 mm厚天线罩封装后外径为85 mm; 天线的S11小于-10 dB频带为70~260 MHz，带宽约190 MHz。该天线的带宽超过100 MHz，中心频率处增益大于-3 dB，辐射电场脉冲波形拖尾小于主峰幅度1/5，方向图在H面为全向。基于矢量网络分析仪的天线特性测量结果与数值计算结果基本一致，结果表明设计的天线能够满足钻孔测井雷达系统小尺寸宽带的要求。

将电子注视为等离子体柱，从填充等离子体柱的谐振腔的物理模型出发，推导了圆柱腔填充中心电子注时TM0m0模式的特征方程，并重点分析了填充电子注的圆柱腔中TM010模式和TM020模式的谐振频率和电磁场分布随等离子频率的变化情况。研究结果表明，随着电子注的等离子体频率不断增大，谐振频率也不断增大，谐振腔内电场和磁场的分布也随之发生改变。当电子注的等离子体频率超过谐振腔的谐振频率时，谐振腔内的电磁场分布将发生很大的变化，出现了电子注内外电场方向相反和趋肤效应等现象。

模拟研究了电子束电压、电流及注入微波功率等参数对相对论速调管放大器中电子回流产生的影响，模拟发现注入微波过高、电子束电压过低及电子束电流过大都会导致电子回流。同时研究了回流电子对相对论速调管稳定工作的影响，研究发现，电子的回流会引起自激振荡，进而导致锁频锁相失败，器件不能稳定工作。

研究了一种新型相干衍射辐射(CDR)太赫兹源，该太赫兹源基于中国工程物理研究院自由电子激光相干强太赫兹源(FEL-THz)的加速器电子束束流，具有MHz量级重复频率。理论分析、数值计算和PIC模拟证明了此太赫兹源时间长度可达到ps量级，中心频率在100~400 GHz可调，截止频率位于1~2 THz，脉冲峰值功率可达10 kW量级，平均功率可达到W量级，并且功率随束流流强成平方正比关系。

基于束流沉积法测量回旋加速器内部束流参数将在束测探头上产生感生放射性污染，从而对加速器调束工作人员带来不必要的辐射危害。采用AGM-6型γ监测仪对探头感生放射性进行在线测量，通过测量不同半径处探头受辐射后的空气比释动能率，间接反映探头感生放射性的强弱和危害。研究结果表明，在束流调试实验中，应尽量降低馈入高频的占空比; 探头测量后冷却2~3 h取出，则不需要考虑测量探头辐照后的残留感生放射性的危害。

中国加速器驱动次临界系统(C-ADS)计划采用一个平均流强为10 mA的连续波质子加速器作为次临界堆的驱动器，驱动加速器的束流功率为15 MW,最终能量1.5 GeV，其中主加速器是驱动加速器的一个重要部分，完成束流能量从10 MeV到1.5 GeV的加速，所有加速腔均采用超导结构。为了避免频繁束流中断对反应堆的损坏，设计要求驱动加速器在运行过程中束流可以中断的次数非常有限，因此加速器在设计过程植入了容错机制，尝试了各种可能的方法以最大程度地满足C-ADS加速器的高可靠性和稳定性的要求。介绍了C-ADS主加速器的基本设计: 总长度306.4 m, 束流的归一化RMS发射度增长控制在5%以内。总结了各个重要参数选择过程中的考虑以及整个加速段多粒子跟踪模拟的束流动力学结果。

开展了光纤波导中的电磁场传输理论分析，得到了光纤折射率变化对波导中电磁场分布的影响规律，建立了块状融石英材料及光纤光栅在60Co γ辐射作用下折射率变化的测量系统，开展了折射率随辐射剂量变化及光纤模场测量实验。结果表明: 光纤的折射率随γ辐射剂量的增加而增大，折射率的变化会引起波导中传输模式的场强分布变化，从而导致光纤的辐射感生波导损耗; 在一定的辐射剂量范围(0～2000 Gy)内，光纤仍满足弱导边界条件，能够维持对传输模式的约束能力。

针对极端环境下耐辐照半导体核探测器的研制需求，采用耐高温、耐辐照的4H碳化硅(4H-SiC)宽禁带材料制成肖特基二极管，研究了该探测器对241Am源α粒子的电荷收集效率。从电容-电压曲线得出该二极管外延层净掺杂数密度为1.99×1015/cm3。从正向电流-电压曲线获得该二极管肖特基势垒高度为1.66 eV，理想因子为1.07，表明该探测器具备良好的热电子发射特性。在反向偏压高达700 V时，该二极管未击穿，其漏电流仅为21 nA，具有较高的击穿电压。在反向偏压为0~350 V范围内研究了该探测器对3.5 MeV α粒子电荷收集效率，在0 V时为48.7%，在150 V时为99.4%，表明该探测器具有良好的电荷收集特性。

针对染料随机激光器特性与应用研究，讨论了无序介质中荧光粒子和额外散射粒子的发光性质、浓度变化以及颗粒尺寸与随机激光发射阈值之间的关系。采用时域有限差分法直接求解Maxwell方程组及速率方程组的方法，模拟仿真出了相应的发射谱线及浓度变化与激光发射阈值的关系曲线。所设计的样品中Rh6G-SiO2的质量分数为4%，其阈值大小为8.5 μJ/pulse时，额外微小散射体TiO2的加入对该介质随机激光发射产生的影响很小，可忽略不计。在此基础上，通过进一步模拟分析了处于不同条件和背景下随机激光的阈值特性。

基于蒙特卡罗软件Geant4，探讨质子与硅的库仑散射和核反应及中子与硅的核反应产生反冲原子沉积非电离能量的过程，建立质子和中子在硅中的非电离能量阻止本领计算方法。在此方法中，描述了原子间库仑散射的物理过程，模拟带电粒子与晶格原子之间的屏蔽库仑散射。计算得到不同能量质子和中子在硅中因库仑散射和核反应产生反冲原子的非电离能量沉积及阻止本领的等效性，计算结果与中子ASTM标准及文献计算得到的质子数据符合很好。

研制了可用于脉冲辐射场中子探测的4He闪烁裂变中子探测器，并对其时间响应进行了理论和实验研究。采用经验公式和蒙特卡罗方法模拟计算了不同厚度裂变靶产生的裂变碎片和不同能量中子产生的反冲4He核在4He气中的飞行时间，并依据卷积原理推导出探测器的时间响应计算公式。计算结果表明，探测器的波形上升时间约为19.5 ns，半高宽约31.0 ns。用ING-103型稠密等离子体聚焦装置(DPF)脉冲中子发生器对探测器的时间响应进行了实验测量，实验结果与理论值基本一致。

采用第一性原理与准谐德拜模型研究UO2在高温高压条件下的弹性与热力学性能。UO2在高温高压下仍属离子型晶体，并且弹性性能计算表明，四角方向剪切常数在高温与高压下均保持稳定。高温下弹性常数C44 没有明显变化，而高压下C44 迅速增大。体积模量、剪切模量与杨氏模量均随压强增加而增大; 高温条件下，体积模量、剪切模量与杨氏模量也未出现明显的降低，表明UO2 在高温度高压下均可保持良好的力学性能。不同压强下，UO2定容热容均随温度迅速增大，并在1000 K 附近趋近于杜隆-佩蒂特极限。德拜温度则随温度降低，随压强升高。在低于室温条件下，热膨胀系数随温度急剧增加; 温度继续增加，系数的增加趋势则逐渐变缓。计算结果还表明，UO2 的热膨胀系数在相同条件下，远小于其他核材料。

在反应堆上进行中子残余应力谱仪(RSND)的建设工程中，生物屏蔽是降低谱仪测量本底，保证工作人员安全的主要技术手段。为了对屏蔽系统进行优化设计，采用蒙特卡罗方法对其进行模拟计算。采用McStas和MCNP5两种计算程序，理论分析提高计算效率的方法和技巧，并分三步进行谱仪辐射场的计算。首先用McStas程序模拟热中子在导管中的输运过程，然后用MCNP程序计算了屏蔽块之间接合处的拼缝对谱仪辐射场的影响，最后建立整个谱仪屏蔽系统的MCNP模型，并进行计算。将经过用影响因素修正后的计算结果与现场剂量仪实测值进行比较，结果表明二者在允许的误差范围内基本一致。

给出了紧凑型Tesla变压器次级电容的近似解析表达式，计算结果表明，紧凑型Tesla变压器的次级电容主要由内外筒之间的电容和次级线圈引入的附加电容组成。附加电容的值约等于一段与次级线圈长度相同的同轴线电容，该同轴线的内外径与变压器内外筒直径相同。建立了一个分析Tesla变压器的电路模型，利用数值方法验证了解析计算方法的正确性。研制了一个小型Tesla变压器，进行了相关实验，实验结果与计算结果一致。

采用FR-4型PCB板材为传输介质，设计了一种五条线并联的形成线模块。为优化形成线电场分布，绝缘介质层内部嵌有屏蔽电极，分析得到内嵌导体对形成线的特征参量以及传输特性无影响; 形成线绝缘介质层厚度为4 mm，耐受电压超过200 kV，根据绝缘寿命公式分析，形成线可以在50～80 kV长时间工作; 将PCB板折叠线通过并联以及封装组成形成线模块，外观尺寸为700 mm×550 mm×40 mm，特征阻抗为5.35 Ω，通过搭建Blumlein装置进行实验，在充电50 kV条件下，测得输出电压为45 kV，脉冲半高宽140 ns，平顶宽度75 ns，前沿65 ns。

利用实测的多间隙气体开关自击穿电压，比较了高斯正态函数和威布尔函数在分析气体开关自击穿概率方面的异同。检验了自击穿电压的正态性和威布尔性，通过参数估计分别确定了自击穿电压的正态分布和威布尔分布函数。计算表明: 两种概率分布得出的概率分析结果基本一致，在相同电压下放电概率差别一般不大于1%，最大为2%(当放电概率大于90%时); 在电压高于威布尔分布的阈值参数时，两种方法在相同概率下的放电电压计算结果差别不超过0.3%。

使用矩形截面磁芯研制了一台磁开关作为脉冲驱动源的主开关，并利用电容器放电法对磁芯不同位置处的磁滞回线进行了测量。结果表明，短边和长边测量得到的磁滞回线均能够适应磁开关需求，不同的励磁位置对磁滞回线形状的影响有限。设计了基于该磁芯的磁开关，使用PSpice软件进行了数值模拟，结果与理论分析相一致。结合卷绕型带状脉冲形成线，对磁开关作为脉冲驱动源主开关进行了实验研究。结果表明研制的磁开关实现了主开关功能，在1.1 Ω的低阻抗负载上获得了峰值电压9 V、上升沿80 ns、脉冲半高宽230 ns的准方波脉冲输出。

研制了一种用于磁绝缘传输线(MITL)电压测量的自积分式电容分压器; 利用PSpice软件和标定实验数据，建立了该分压器等效电路模型，给出了分压器系统传递函数，并分析了分压器频率响应特性。计算结果表明: 该分压器对于被测信号大于5 MHz频率分量部分的相频和幅频响应无明显畸变。基于“强光一号”长1.0 m、阴阳极间隙2 cm的同轴型MITL实验平台对该分压器实际工作性能进行了考核。实验结果表明，在相对少量场致发射电子抵达阳极表面的条件下，该分压器能够有效测量MITL沿线电压波形(2.07 Ω负载条件下，电压峰值约600 kV、峰值时间约80 ns)。

介绍了基于电报方程的磁绝缘传输线真空功率流电路计算方法的基本原理，开发了相应的计算程序，对Angara-5-1装置4600发次实验进行了计算，电路模拟结果与实验结果符合较好，提供了一种新的计算磁绝缘传输线真空功率流的方法，分析了Angara-5-1装置磁绝缘传输线阻抗突变处损失电流随时间的变化规律，讨论了该方法与TLCODE和Bertha等电路模拟方法的区别，采用该电路模拟方法计算Angara-5-1等工作在超磁绝缘状态的脉冲功率装置，不仅能够保证计算精度而且提高了解的收敛性，使得对磁绝缘传输线损失电流的计算更加自洽。

为了驱动重复频率运行高阻抗X光管，设计了基于光导开关的级联Blumlein型脉冲形成网络。采用数值模拟方法优化网络参数，从网络充电电压一致性、输出脉冲波形畸变、电压叠加效率、负载预脉冲幅值出发确定了充电电感和支撑电感设计原则。实验表明: 光导开关工作场强23.2 kV/cm，激光触发能量3.5 mJ时，阻抗约15.6 Ω的Blumlein型脉冲形成网络电压转换效率为0.71，2级级联网络电压叠加效率0.96。

针对重复频率电磁脉冲(EMP)干扰，以氢闸流管的栅极触发电路为研究对象，进行了氢闸流管悬置与共地两种不同的条件下氢闸流管第一栅极与第二栅极的电磁干扰研究。结果表明，两种条件下两个栅极均存在较强烈的电磁干扰，干扰主要来源于空间电磁辐射与共地耦合两个方面; 针对重复频率EMP环境下氢闸流管触发的可靠性，分别进行了不同重复频率EMP数量与不同重复频率EMP时间间隔下氢闸流管的输出实验。结果表明，两种情况均对氢闸流管的触发产生影响，重复频率EMP数量增多与间隔减小均使氢闸流管误触发的可能性增大，对比理论分析与实验结果，认为该现象是由于重复频率EMP累积效应与重复频率EMP高频分量增强从而导致交互作用耦合增强所引起。

根据由张量法得到的任意线天线电场计算公式，利用镜像法推导,得到冲击脉冲辐射天线辐射电场的时域解析表达式。应用该表达式计算冲击脉冲辐射天线应用于辐射波电磁脉冲模拟器的时域辐射场，并与数值计算进行比较，结果表明: 解析计算得到的辐射场波形与数值计算结果吻合较好，因此，利用解析表达式可以方便地观察天线结构参数对天线辐射场波形的影响，从而选取合适的参数以产生符合标准要求的天线场波形。

利用微机电系统(MEMS)工艺制备了5~40 μm间隙的金属铝薄膜电极，测取了不同间隙下施加纳秒方波脉冲时的击穿电压，得到击穿电压和平均场强随电极间隙的变化规律，研究了脉宽、极性对击穿电压的影响，结合击穿后微电极扫描电镜观察结果讨论了其击穿机理，并与相同试样在直流下的结果进行了对比。研究表明: 击穿电压随微间隙距离的增大而增大，击穿场强则随着间隙的增大迅速减小; 与直流同间隙的击穿电压相比，脉冲作用下的击穿电压并不像宏观尺度下那样高出很多; 试样击穿机理应为流注理论。在脉冲作用下，阳极出现了分层熔化现象，由于作用时间很短，阳极表面并未出现类似于直流击穿时留下的“坑洞”; 阴极则出现了溅射沉积现象，只是沉积物质相对较少。

激光电源脉冲功率切换电路稳定工作是电源可靠性的保证。电路参数选取直接影响晶闸管、二极管的工况，而晶闸管的良好工况是保证切换激光电源长期可靠运行的基本条件。基于PSCAD软件建立切换电路的仿真模型，重点仿真分析了阻容电路参数配置、限流电阻、并联晶闸管触发同步性对晶闸管和二极管的影响。仿真结果表明，电流上升率过大是晶闸管门极损坏的原因，关断支路中的反向过压是二极管损坏的原因。并针对实际电路，提出晶闸管二极管保护的优化配置方案。