通过对多个脉冲功率发生器的输出进行同步叠加可以获得功率合成。脉冲叠加还可以使脉冲功率源的设计和制作走向模块化。从直线变压器驱动源(LTD) 的观点出发，综合论述了脉冲叠加在重复频率脉冲功率技术中的意义。特别针对固态LTD，通过实验结果归纳了它的技术特征，并在此基础上提出了智能化脉冲功率的概念。

为了研究固体激光器弛豫振荡的时间特性，针对高功率大口径Nd:YAG薄片激光器，从工作物质的能级结构和离子跃迁过程出发，采用四能级速率方程模型，综合考虑泵浦速率、损耗因子、温度等因素对激光器起振延迟时间的影响，建立了速率方程组，推导出激光起振延迟时间的数学表达式，模拟分析了泵浦速率、损耗因子、温度对激光起振延迟时间的影响。为验证理论分析结果，在kW级重复频率运行V型腔Nd:YAG薄片激光器上开展了实验研究。在泵浦电流分别为34，40，50，70 A时测量了反应谐振腔内光子数和反转粒子数变化的弛豫振荡曲线。并测量了在泵浦电流为30~80 A情况下的激光器起振延迟时间。实验结果表明起振延迟时间随泵浦速率的增加而减少，与理论分析结果一致。

高能激光对复合材料的辐照效应研究，可以拓展激光技术的应用范围。为了预测激光辐照下碳纤维增强复合材料的瞬态热响应，提出了一个简化计算模型。采用隐式有限体积方法求解控制方程，边界条件包括激光辐照加热、对流换热、辐射换热以及材料表面烧蚀。考虑了激光辐照过程中基体热分解、质量迁移、比热容变化情况。基于该烧蚀模型，预测了激光辐照下碳纤维增强复合材料的瞬态温度场和表面烧蚀速率，计算结果与文献试验数据一致。最后，通过修正烧蚀模型分析了高速气流剥蚀对激光辐照复合材料热效应的影响。

分析了kW级光纤激光器实现单模激光输出的模式控制方式。采用主振荡功率放大方式，实现了工作波长1.08 μm、最大输出功率1.05 kW的全光纤单模激光输出。对激光光谱和光束质量随激光功率的变化等输出特性进行了研究，结果表明：随着激光功率的增大中心波长和光束质量无变化，但谱宽逐渐展宽。分析了激光光谱展宽的原因，认为随着激光功率的增大，光栅纤芯的折射率变化增大，引起本振级的谱宽展宽，而本振级因谱宽展宽引入的噪声在放大级被放大，再加上放大级本身引入的自发辐射，共同造成放大级的谱宽展宽。对光束质量变差的原因进行了分析，认为光纤弯曲导致原先在纤芯中传输的激光部分被泄露到包层中，从而使光束质量变差。

提出了一种利用二维窗口傅里叶变换从径向剪切干涉条纹中准确得到波前的重建技术。首先对剪切干涉条纹做二维窗口傅里叶变换，设置阈值和频率积分范围后，进行二维窗口傅里叶逆变换，然后对包裹相位做去载频和相位展开处理得到相位差分布，最后使用波前迭代算法从相位差中复原实际波前。模拟计算表明，使用该方法最大相位复原误差为0.82%，均方根值为0.020 9 rad，实验结果验证了该方法的有效性。同时也对窗口傅里叶变换的关键参数，如窗函数的选择、窗口大小的确定以及阈值的选取等进行了简要讨论。与传统傅里叶变换法(FFT)相比，基于窗口傅里叶变换的剪切干涉波前检测法有更高的精度和稳定性，为波前检测提供一种新的处理方法。

以硬焊料传导制冷，30%填充因子半导体激光器阵列为例，建立了三维有限元模型，对阵列内部各发光单元之间的热串扰行为进行了分析研究。结果表明，当其连续波工作时间大于1.2 ms后，阵列内发光单元之间出现热串扰现象；当次热沉由CuW合金改为铜金刚石复合材料时，阵列内发光单元自热阻和相邻发光单元的串扰热阻降低，有效地降低了各发光单元之间的热串扰行为。保持阵列宽度、发光单元数目及发光单元周期不变，发现随阵列填充因子的增加，器件热阻以指数衰减趋势逐渐降低，而发光单元间的热串扰特性对此变化并不敏感；保持阵列单个发光单元输出功率，发光单元尺寸及阵列宽度不变，增加发光单元个数后，阵列内各发光单元之间热串扰加剧，填充因子越高阵列升温速率越快；但在最初约70 μs内，包含不同数目发光单元的阵列最高温度差异仅约0.5 ℃，有利于多发光单元高填充因子器件高功率输出。

理论研究了啁啾脉冲频域干涉仪的时域相移重建技术，对于接近实际的频谱干涉条纹，分别采用傅里叶变换和小波变换的方法完成了时域相位扰动信号的重建。傅里叶变换方法产生的重建误差受到滤波参数的影响，相对而言，小波变换方式解谱过程中，不需要进行特意的滤波操作，从而避免了重建结果存在误差不确定性的问题。

利用Nd：YAG型金刚石精密激光切割机，采用激光轴向偏焦法对化学气相沉积(CVD)法制备的金刚石膜表面进行扫描式平整化处理，利用扫描电子显微镜(SEM)、粗糙度仪和金相显微镜对平整化后的金刚石表面进行表征，研究了激光充电电压和焦点位置对扫描凹槽宽度和深度的影响，以及扫描间距对平整化效果的影响。研究结果表明：扫描凹槽宽度随激光充电电压的升高而增大；凹槽深度随激光充电电压的升高而增大，随偏焦量的增大而增大。激光轴向偏焦法对CVD金刚石膜进行平整化处理后，其粗糙度显著减小，利用氢等离子体对其表面进行刻蚀处理，能够有效去除表层石墨，从而达到理想的平整化效果。

针对频域光学相干层析系统成像过程中产生的图像噪声，提出了一种干涉光谱解耦的方法。该方法通过消除干涉光谱中的直流项和自相关项，实现对图像去噪。利用白光作为光源，对聚苯乙烯单层薄膜进行成像实验，得到薄膜的一维深度图像以及二维层析图像。由二维层析图像可以清晰的获取薄膜的内部微观结构及表面形貌信息。实验结果表明，该检测方法可有效消除薄膜的图像噪声，提高图像信噪比和对比度。

运用功率谱反演法对斜程传输大气湍流扰动相位屏进行了数值模拟。通过建立激光束初始畸变相位模型，从波前峰谷值和波前功率谱密度函数两个方面，对激光束通过大气湍流后的相位特性进行了研究，重点分析了湍流传输距离和天顶角对激光束波前相位分布的影响。研究结果表明：激光束在湍流大气斜程传输后，其波前相位会发生明显畸变，且空间高频相位较低频相位所占比例明显增加；通过湍流后的波前相位与传输距离及天顶角密切相关，传输距离越长，天顶角越大，相位畸变程度越大，高频相位所占比例越多。

研究强激光长程空气传输受激转动拉曼散射(SRRS)效应，寻求抑制措施是高功率固体激光驱动器建造中需要解决的关键问题之一。采用数值模拟的方法研究了发散光长程空气传输SRRS效应的演化规律，通过几何近似理论推导了该效应有效建立时的强度距离乘积阈值和抑制判据。结果表明：发散光长程空气传输SRRS效应的建立速度小于平行光，二者阈值有理论关系；能够有效抑制SRRS效应的发散角设计判据由光束口径、激光强度及安全传输距离决定。

研究了横向分布为平顶高斯模式的宽带激光在自由空间的传输特性，分析了频带宽度对其强度分布的影响。首先推导了平顶高斯模式宽带激光的每一频率分量在自由空间的传输公式，然后将频率域的传输公式通过傅里叶变换得到时间域的传输公式。基于推导的公式通过数值算例给出了不同频带宽度激光光束的强度分布结果，详细分析了空间模式的变化和时空耦合现象。研究结果表明：随着传输距离增大，平顶高斯空间模式趋于高斯分布。同时随着带宽增大，平顶高斯模式宽带激光表现出更强的时空耦合现象，并导致其空间横向分布发生明显变化。变化的主要特征为波前的强度分布随带宽增大而变窄，波后的强度分布则随带宽增大而远离轴中心向外扩展。

针对传统星载合成孔径雷达(SAR)系统高分辨率和宽测绘带之间的矛盾，采用方位向偏置相位中心结合距离向波束扫描(ScanSAR)模式实现同时高分辨宽测绘带SAR成像，并针对雷达脉冲发射频率、平台速度和天线尺寸不满足严格约束条件导致的方位向非均匀采样提出了频域重构算法。该算法可以实现精确频谱重构，并且极大地提高了系统设计和参数选择的灵活性。五扫六通道SAR系统的频域重构算法的仿真结果显示成对回波抑制达60 dB以上，方位模糊比达-23 dB，证明了该算法的有效性。

深聚焦；J0相干；涡旋光束；偏振

应用FLUENT软件的离散相模块建立了激光熔覆中气体-粉末流的二维模型，研究了保护气和输送气流量及送粉量对粉末流浓度场和速度场的分布规律的影响以及对粉末流发散角和焦点的影响。计算结果表明：随着输送气流量的增大，粉末流速度增加，粉末流发散角逐渐减小；送粉量增加，焦点略微下移，焦点处粉末流浓度值增大。在相同的工艺参数下，使用单反相机拍摄粉末流分布，结果表明试验与计算结果基本吻合。

通过数值模拟对T型通道中微液滴粒径控制的主要因素进行探讨，并结合实验验证确定了稳定控制液滴粒径的条件。结果表明离散相与连续相入口管径比及流速比是控制粒径的主要因素，并获得了50,80,120 μm粒径的SiO2微球(入口管径比为5，流速比为4,6,10)，其球形度大于93%，单分散性小于5%。实验结果与数值模拟匹配性较好。

为了增加ICF激光驱动器的灵活性，使其可满足多种聚变点火方式，激光驱动器激光打靶角度的优化设计应以间接驱动为主，同时兼顾直接驱动。以神光Ⅲ主机装置为例，基于已有的间接驱动激光打靶角度设计，用球谐模和三维辐照场方法，完成了兼顾直接驱动打靶角度的优化，结果表明优化设计的打靶角度可实现小于1%的球靶表面辐照均匀性。同时分析了激光参数对辐照性能的影响，并获得了满足直接驱动要求的陡边小焦斑设计。

飞行器以高超声速再入大气层返回地球时，飞行器周围形成等离子体鞘套，等离子体会影响电磁波的传播特性，严重时通信甚至完全中断。从理论上分析了外加磁场时电磁波与等离子体的相互作用机理，提出了利用永磁体和螺旋天线一体式的设计方式，即“磁窗天线”，并研究了在等离子体环境中螺旋天线和磁窗天线的性能，仿真结果表明，利用永磁体和螺旋天线一体式设计的磁窗天线，可以减弱等离子体对天线性能的影响，这为解决飞行器再入通信中断问题提供了一种有效途径。

建立了玻璃包覆纯铜丝快速冷却过程温度场的有限元计算模型，模拟得出了冷却过程丝线横断面的温度分布图及节点温度随时间的变化关系。研究了冷却水温度、水流速度对玻璃包覆纯铜丝冷却效果的影响。结果表明:快冷时玻璃层内的温差最大可达45 K/μm，铜芯内温差最大为0.12 K/μm;随着冷却水流速增大,冷却效果增强，流速达到0.5 m/s时冷却能力饱和;冷却水温在283～303 K范围内变化时,冷却效果基本不变。

以官能团化的多面体低聚倍半硅氧烷(POSS-［C2H4Si(OEt)3］8)和正丁醇锆为原料，以乙醇作为溶剂，通过溶胶-凝胶及二氧化碳超临界干燥成功制备了三种不同锆含量POSS-ZrO2的复合气凝胶。并用傅里叶变换红外光谱分析仪(FTIR)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和比表面吸附仪(BET)对其进行表征。结果表明：该气凝胶中有Si—O—Zr键，并且所得气凝胶都是无定型的，其比表面积随着锆含量的增加而变小，最高可达491 m2/g，并且其孔径分布都比较广。

对惯性约束聚变靶用聚合物微胶囊的制备方法进行了研究，设计了一种基于双T型结构的微通道乳化装置，用于制备稳定的双重乳液。使用玻璃毛细管作为中间相溶液的微通道，可以提高三相流速的调节范围，从而加大乳液尺寸分布范围。三相溶液密度差异小，因此乳液的同心度可以逐渐自发调整。通过调节不同的固化转速，发现在55 r/min下微球的同心度达到最佳，超过98.7%。使用扫描电镜对靶丸进行形貌和X射线能量色散谱分析表明，超临界干燥方法可以同时满足去除内部溶剂和保持靶丸结构不受破坏的要求。最终成功制得了粒径300～1000 μm、壁厚20～300 μm的聚丙烯腈空心微胶囊。

以ZnCl2为前躯物，不同相对分子质量的聚丙烯酸为模版剂，环氧丙烷作为催化剂，超临界干燥成功制得了锌基复合气凝胶。运用场发射扫描电镜、高分辨透射电子显微镜和N2等温吸附测试对气凝胶的微观结构进行了表征。结果表明，制备的锌基复合气凝胶呈现三维网络状结构，其三维结构是由大量微小颗粒组成，颗粒的粒径为nm量级，为介孔材料。选用相对分子质量为1800的聚丙烯酸作为模版剂制备的气凝胶的微观结构最好，无明显的塌陷和团聚现象，其比表面积为236 m2/g，平均孔径分布在11 nm左右，总的孔体积为0.179 cm3/g。

研制了四种不同沥青和松香含量的光学沥青抛光胶，对其形貌、针入度、玻璃化转变温度、软化点和粘度等参量进行了表征。从组成和结构分析了抛光胶三种物理状态变化原因，将玻璃化转变温度和软化点作为其临界转变温度。实验研究了四种抛光胶对大口径激光玻璃的抛光效果，发现抛光胶中沥青和松香的质量分数分别为30%和70%时，抛光效果比较理想，在像散和表面疵病控制方面能够满足要求，可作为大口径激光玻璃抛光专用胶。

采用两种单体同时蒸发沉积聚合方法制备得到聚酰亚胺(PI)薄膜。对不同温度下和不同恒温时间的聚酰胺酸(PAA)薄膜进行了红外分析，将300 ℃恒温3 h以上的薄膜脱膜，用白光干涉仪测量了PI薄膜热环化前后表面质量。采用热重分析仪在不同升温速率条件下对薄膜进行了分析。结果表明，在热环化过程中，随着温度增加亚胺化程度逐渐增加。在300 ℃时随着恒温时间增加亚胺化程度逐渐增加，恒温3 h以上薄膜亚胺化较为完全，可以获得完整且不易破损的自支撑薄膜。在热环化过程中，升温速率较低时薄膜的亚胺化程度在低温区转化率提高，过量单体蒸发更完全，故一般选择较小的升温速率，约10 ℃/min甚至更低。采用上述热环化工艺得到了亚胺化程度较高且不易破损的PI薄膜，其表面均方根粗糙度为9.8 nm。

使用交流电沉积在多孔氧化铝模板中制备金纳米线，对交流电沉积时阻挡层厚度、交流电压、交流频率等因素进行了系统的研究和探讨。使用交流电沉积制备出了直径30 nm、长度2.1 μm的形貌完好、长度均一的金纳米阵列。结果表明模板的阻挡层厚度能够显著影响金属的沉积电位，是保证沉积顺利进行的重要因素。通过记录、分析不同条件下交流沉积过程中时间-电流曲线来对交流沉积过程进行深入研究并提出相应机理。发现同频率下平台电流值不变，纳米线的长度与交流电压大小成正比，而同电压下沉积的平台电流与交流电频率成正比，这些都与阻挡层的半导体特性有关。

通过光线追迹程序对红外光在黑腔中的传播进行模拟，得到红外光聚焦位置不同时靶壳和燃料的体加热率。模拟结果表明：当燃料冰层实现均化时，相比靶壳，燃料吸收了少部分红外光能量。靶壳和燃料的体加热率随着红外光在黑腔上的聚焦位置而改变，聚焦位置偏移量的增加，靶壳的红外光加热率峰值对应的高度角逐渐变大，而燃料的红外光体加热率逐渐变小。因此，通过改变红外光的聚焦位置对靶丸以特定的体积热率加热，从而达到燃料均化所需的温度场。

针对惯性约束聚变(ICF)两区均匀模型中靶丸表面能流分布问题，采用三维离散视角因子方法进行模拟仿真。对辐照过程中出现腔壁自身遮挡的面元，利用四叉树结构进行快速剔除；实现了GPU上的靶丸能流分布的并行计算。基于该方法开发的三维仿真软件IRAD3D 1.0，其有效性通过与解析解的对比得到了验证。不同算例模型的仿真结果表明了软件具有通用性、高效性，给出了靶丸均匀性分析的应用实例。

采用粒子模拟方法对一种基于过模结构的表面波振荡器相对论太赫兹源进行了研究，模拟得到了频率为0.148 THz的电磁波输出，主要输出模式为TM01模式。该结构的特点是没有反射结构，电磁波会进入二极管区域。研究了电子束电压和二极管区域内电磁场对输出功率和频率的影响以及器件几何结构参数对输出功率的影响。计算结果表明，泄露到二极管区域的电磁波对器件工作状态影响很小，但是二极管参数对器件的输出功率影响很大。

利用半导体激光泵浦输出1064 nm波长的全固态连续Nd:YVO4激光器作为泵浦源，采用周期调谐和温度调谐组合调谐技术，对基于掺氧化镁周期性极化铌酸锂晶体(MgO:LiNbO3， PPMgLN)准相位匹配(QPM)的全固态连续波(CW)光学参量振荡器(OPO)宽波段无分立连续调谐输出特性进行研究。实验采用连续工作模式和外腔结构，基于多周期PPMgLN晶体的30.2，30.4和30.6 μm周期，在改变晶体的极化周期的基础上，同时在30～100 ℃范围内调节晶体工作温度。实验结果表明：CW PPMgLN OPO的泵浦阈值仅为0.22 W；不同极化周期需要的温度调谐范围不同；信号光在1 559.8～1 597.2 nm近红外波段和闲频光在3 187.3~3 347.3 nm中红外波段连续调谐输出。实现了外腔式全固态CW OPO在信号光和闲频光波段的无分立连续调谐输出。

小型超宽谱高功率微波辐射系统由Tesla型100 kV级ns脉冲源、Peaking-Chopping型亚纳秒气体开关及TEM喇叭天线构成。系统重复运行频率100 Hz，辐射因子rEp值75 kV，主轴辐射场中心频率520 MHz，-3 dB频谱范围230~810 MHz。系统集成于一便携箱内，体积为80 cm×50 cm×26 cm，质量约45 kg。该系统结构紧凑，能够快速展开和撤收，可方便用于超宽谱高功率微波应用技术研究。

为了研发中国散裂中子源(CSNS)漂移管直线加速器(DTL)的功率耦合器，在对常规波导窗结构进行改进的基础上，设计了一种新型高功率波导窗。利用微波仿真软件CST优化了波导窗的高频传输特性，并采用ANSYS分析了波导窗在通功率时的温升及热应力以防止陶瓷片破裂，结果表明,波导窗能传输的最大平均功率达到了800 kW。校核了波导窗抽真空时的机械强度，并对陶瓷窗高频打火进行初步讨论，结果表明，漂移管直线加速器入腔功率为2 MW，小于波导窗的临界输入功率2.355 MW，窗内打火的机率很小。

对紫外预电离技术在气体开关方面的影响进行原理研究，分析并实验验证电容并联的横向辅助电极对主开关进行紫外预电离的可行性。辅助电极击穿释放紫外光，通过光电效应在主开关表面产生初始电子，以减小主开关的击穿电压离散度。预电离效果与辅助电极击穿导通电流的峰值强度、辅助电极两端的电压以及预电离储能电容有关，优化这些参数可以提高光照强度来增强预电离效果。实验结果表明：当主开关内部充满氮气、分压电容为pF量级时，距离主电极15 cm远的横向辅助电极可以产生预电离效应。在此基础上，提出一种新型的横向型电容自耦式紫外预电离开关的设计。

对相对论速调管放大器(RKA)锁相特性进行了粒子模拟与实验研究。在2.5维粒子模拟中，研究了电子束电压波形特征对RKA锁相特性的影响，结果表明：电子束电压波形上冲对RKA锁相特性有正面影响，即能够减小相位差达到锁定状态的时间，幅度为20%的上冲导致大约23°的相位差变化；波形顶降则对RKA锁相特性有负面影响，可使相位差过早地偏离稳定值，幅度为5%的顶降大约能引起50°的相位差偏离；电压波形的上升时间对RKA相位锁定特性也有影响，但规律不明显。在三维粒子模拟和实验中，研究了导引磁场大小对RKA锁相特性的影响，结果表明，在1.6 T以下，RKA输出微波与种子源微波之间的相位差锁定值总体上随导引磁场的增大而减小，在细节上，呈现阶跃形式，即一定范围内导引磁场大小变化不会导致相位差的改变。实验研究表明，在导引磁场范围为0.6~1.2 T时，RKA锁定相位差随导引磁场的增大而减小，阶跃现象不明显。

采用带法兰结构的TE01n圆柱谐振腔，用无损检测的方法测量薄板型微波介质材料的复介电常数。利用轴向模式匹配法对谐振腔内的电磁场进行了求解，给出了相对介电常数和损耗角正切的计算公式，并利用矢量网络分析仪对几种常用微波介质材料进行了测量，其结果表明：该测量方法对相对介电常数的测量误差不超过1%，而对损耗角正切的测量误差不超过10%。该方法还具备一腔多模的测试能力，测量频率可调，可用于介质材料频率特性的测量。

在速调管放大器中，中间谐振腔一方面可以提高器件的放大增益，另一方面也容易产生杂频振荡，影响器件正常工作。针对这种杂频振荡的影响，在三腔相对论速调管的基础上发展了四腔相对论速调管。采用PIC粒子模拟软件从整管上对四腔强流相对论速调管放大器的冷腔结构、束波互作用、微波提取等方面进行研究。为得到输出功率和效率的最优值，结构上采用低互作用输入腔，设计了阶梯状结构漂移管，通过对输出腔作用间歇进行优化处理抑制电子回流。模拟结果表明整管微波模拟输出功率达了3.7 GW，效率22%，增益56 dB，1 dB带宽74 MHz，并实现了对杂频振荡的抑制。

利用正余弦拟合的方法和半径渐变波导的耦合波理论设计出一种Ka波段TE01模回旋行波管新型输出渐变段。通过Matlab数值计算和HFSS仿真优化，研究了该新型渐变段的反射系数、传输参数、模式纯度、对杂模的耦合等性能指标。计算结果表明：在长度为80 mm、口径由14 mm变化到32 mm的情况下，在30～33 GHz该新型渐变段的传输参数大于-0.000 52 dB,反射参数小于-65 dB,模式纯度大于0.995，对TE02模和TE03模耦合在-40 dB以下。在等长度和等口径下，与Dolph-Chebyshev渐变段进行比较，结果显示在30～33 GHz内，新型渐变段比其传输参数更好、反射参数更小、模式纯度更高等。测试样品的冷测实验结果为在28～35 GHz范围内，其反射参数小于-30 dB，传输参数大于-0.3 dB。

采用自主开发的二维半导体器件效应模拟软件,对电磁脉冲作用下PIN二极管的响应进行了数值模拟研究，分析了PIN管在脉冲电压上升沿时间内出现的电流过冲现象。结果表明:过冲电流与高频下PIN二极管的电容性有关，过冲电流的峰值与上升沿时间有关，上升沿时间越短，峰值越大；PIN管的掺杂也会对过冲电流产生影响，P层、N层的掺杂浓度越高，过冲电流的峰值越大，过冲电流的波形下降越快；I层掺杂浓度对过冲电流也有一定影响，但并不显著。

真空弧离子源的引出束流具有低能、强流等特点，当离子源工作在单脉冲模式时，被广泛采用的缝-杯式和Alison式发射度测量方法不再适用。采用基于成像板的胡椒孔法测量了真空弧离子源的发射度。初步研制了胡椒孔法发射度测量装置，利用该装置测量了引出电压为64 kV时脉冲束流的发射度和发射相图。在x方向和y方向，测得归一化均方根发射度分别为6.41,4.61 π·mm·mrad。测量结果表明该真空弧离子源在64 kV时的归一化发射度远大于其他类型的离子源的发射度。

为精确地测量合肥电子储存环电子束的能量，建立了一套束流损失的测量装置，选择了一款对低能光子探测效率高的塑料闪烁体探测器，根据测量到的束流损失信号研制了一套数字化的信号处理电路，并进行了实际测量。测量结果表明该束流损失测量系统能够精确、灵敏地反映出束流损失的变化，可以用于自旋共振退极化法标定电子束能量的实验；并介绍了自旋共振退极化法的测量原理及依据的理论基础。

国际反质子与离子研究装置(FAIR)项目中的Super-FRS超导二极磁铁是一个大型温铁结构的超导磁体，由中国负责设计、研制和测试。为了研究超导线圈的性能和其设计的可靠性，前期研制了一个测试线圈。建立了一个基于ANSYS和OPERA 3D的三维失超模型，不仅将模拟结果和实验数据进行对比，更可以获得失超过程的更多细节。模型将环氧浸渍的超导线圈简化为各项异性连续介质。将ANSYS求解器用于瞬态传热过程的分析，OPERA 3D用于磁场计算，并采用ANSYS脚本语言(APDL)进行焦耳热的计算和保护电路方程的求解。模拟得到了温度、电压、电流随时间的变化曲线和失超传播过程。最后将模拟结果和测试线圈的测试结果进行了比较。

为监测离子源加速器故障短路电流和电压波形，给出了一种无人值守数字示波器的方案，其硬件上基于FPGA和单片机，软件上基于LABVIEW。相比于使用泰克示波器的传统方法，该方案有性价比高、轻便、抗强电磁干扰、基于PC远距离监控故障、自动存储故障波形等优点，能良好地模拟数字示波器波形，达到无人值守的效果。

通过对129I加速器质谱(AMS)分析中影响敏度和准确度各种参数的研究，如靶电极制备、压样、靶样中辅助介质(Matrix)的选择及使用比例等，优化了用于3 MV加速器质谱仪的SO-110型离子源的条件参数，确定129I-AMS测量的最佳靶电极材料为Cu,最佳的辅助介质为Nb粉末，Nb与AgI样品的最佳体积比为3∶1。在此条件下可以获得稳定且持续的I-束流进行测量129I/127I原子比值，实验测得西安加速器质谱仪的129I/127I本底值为1.52×10-14。

在室温和10 Pa氩气环境中，引入平行于靶面方向的直流电场，通过改变脉冲激光能量密度烧蚀单晶硅靶，在与羽辉轴线呈不同角度的衬底上沉积纳米硅晶薄膜。利用扫描电子显微镜和拉曼散射谱对沉积样品进行分析，结果表明：随着激光能量密度的增加，位于相同角度衬底上的晶粒尺寸和面密度逐渐变大；在同一激光能量密度下，零度角处衬底上的晶粒尺寸和面密度最大，且靠近接地极板处的值比与之对称角度处略大。通过朗缪尔探针对不同能量密度下烧蚀羽辉中硅离子密度变化的诊断、结合成核区内晶粒成核生长动力学过程，对晶粒分布特性进行了分析。

为了验证工业CT系统对检测件的测量精度，设计了一套评估方法，针对由国家X射线数字化成像仪器中心自主研发的9 MeV 高能工业CT系统和450 kV工业CT系统，设计制作了标准测量试块，以三坐标测量机为辅助测量手段，对CT图像的线性尺寸、球面尺寸、角度尺寸、孔径尺寸和定位尺寸等进行对比测量，得到不同尺寸类型的测量误差。在不考虑尺寸类型的影响下，分别对铝、不锈钢和尼龙三种材料做了CT测量误差对比，结果表明，对于这三种材料来说，材料密度越大测量精度越高。实验结果表明，可验证工业CT系统对不同类型尺寸测量的精度，工业CT系统可完成精度较高的尺寸测量工作，特别对复杂结构的内部尺寸测量有一定的优势。

阐述基于Mie散射理论和激光技术而研制的云粒子探测仪的相关问题。利用μm量级的小孔光阑模拟感应区域的散射光，并对系统的探测敏感区域面积进行测定；通过使用不同直径的标准粒子对系统进行标定，得到可靠的响应曲线，用于定量测量云粒子尺度谱及粒子数密度。在进行了一系列实验室内的实验之后，将仪器装载在飞机上进行穿云飞行测量实验，表明了该仪器在飞行过程中工作正常、稳定，并且能够即时地显示采样区内云粒子尺度谱分布和数浓度；通过分析探测得到的数据，并与云粒子谱分布进行比较，确认了探测数据有效可靠，反映了该仪器具有良好的测云能力。

为了提高光电跟踪系统的跟踪精度，对其粗跟踪环节的共轴跟踪控制技术进行了研究。介绍了共轴跟踪控制的基本原理，分析了常用非线性卡尔曼滤波算法，并仿真比较了无迹卡尔曼滤波(UKF)和容积卡尔曼滤波(CKF)的位置和速度的预测精度。在此基础上综合UKF和CKF的优点，设计了对延迟的合成位置信号进行处理的双并联滤波器，实现了光电跟踪系统的共轴跟踪控制。利用实测数据仿真实验表明，光电跟踪系统的跟踪精度明显提高。

采用放电电流为100~300 A、持续时间为13 μs的单脉冲电源，设计了两种同轴电极结构作为放电阳极，分别为筒状电极、喷嘴状电极。利用MAXWELL 3D电场仿真软件对两种电极结构下的电场分布进行了仿真分析，并采用探针法对放电生成的等离子体的参数进行了测量，分析讨论了同轴电极结构对真空放电等离子体生成特性的影响。选取喷嘴状电极结构作为阳极，分别测量了采用铅、铝、铜三种材质的阴极时生成的等离子体的扩散速度及能量。实验与仿真结果表明：当阳极为喷嘴状电极时阴极尖端的电场强度较大，测得放电电流较大，击穿电压较低，等离子体密度也较大；采用铝材质阴极时生成的等离子体扩散速度最快，采用铅材质阴极时生成的等离子体的离子动能最大。

建立了临界堆中子增殖系数(α参数)计算模型，采用闪烁体加光电倍增管组成的电流型探测器对α参数进行测量。采用构造理想函数加统计涨落偏差的方式，利用数值模拟方法，研究了统计涨落对α参数测量结果的影响。结果表明：测量信号统计涨落会影响α参数测量精度；考虑统计涨落影响，为使α参数满足要求，需要使探测器入射粒子数达到一定数量；针对不同测量时间，入射粒子起始强度需要满足不同要求；当起始强度不能满足要求时，可以采用增加测量时间；指数信号带随机涨落时，较大的求值区间能有效减弱统计涨落的影响。

介绍了利用二次电子发射测量束流强度分布的基本原理。针对能量为几十keV的低能离子束，制作了一个基于印刷线路板工艺的离子束剖面测量系统模型。模型采用宽度1.8 mm的金属条作为收集电极，相邻两条之间的间距为2 mm。利用电子回旋共振源对束流剖面测量系统进行了性能测试，考察了网栅电压对信号收集的影响以及系统的线性响应和成像特性。结果表明，探测器输出信号与束流强度之间具有较好的线性关系，系统能得到离子束的一维横向强度分布，位置分辨率2 mm。

计算了多脉冲相对论强流电子束入射钽-石墨叠靶的能量沉积和轫致辐射谱。能量沉积采用Geant4程序计算，轫致辐射谱根据基本的辐射理论和蒙特卡罗方法计算。结果显示，各层的热区能量沉积呈由大到小的递减分布，截面轫致辐射分布和电子束径向分布主要受钽层的影响。石墨层的低能量沉积率和高热容能改善叠靶的性能。对于单脉冲，钽-石墨层厚比为1∶1时，石墨能全部吸收相邻钽层的热沉积，轫致辐射效率为35.4%；4脉冲情况下，钽-石墨层厚比应为1∶13，总轫致辐射效率降到19.9%。考虑轫致辐射剂量和质量，钽-石墨两者的厚度比为1∶5时，钽层的总厚度应为1.2 mm；当钽-石墨层厚比为1∶10时，钽层的总厚应降到0.7 mm。

基于Geant4建立了内爆物理实验多种诊断设备的全三维仿真模型，包括中子成像系统、用于硬X射线诊断的滤波应光谱仪、楔形滤片质子能谱仪、化学气相沉积金刚石探测器(CVD)等。根据Geant4仿真模拟的数据，建立了合适的解谱及图像还原算法，优化了系统设计，从理论上预估了诊断设备的诊断能力。此外仿真数据亦用于设计实验方案，建立诊断设备的标定方法等。

针对磁驱动高速飞片发射技术，建立了磁驱动飞片的二维磁流体力学数学模型，并考虑了焦耳热对飞片的影响。在四边形网格的基础上，采用算子分裂法，把磁流体力学方程依次分成热扩散、磁扩散、理想流体力学三个物理过程进行求解，研制了磁驱动飞片二维磁流体力学数值模拟程序。对美国Sandia国家实验室Z装置上的一个磁驱动飞片发射实验进行了数值模拟，并分析了不同时刻焦耳加热对飞片的烧蚀情况，计算得到的飞片自由面速度曲线与实验激光速度干涉仪测量的结果相吻合。

薄膜量热计是进行Z箍缩辐射总能量测量的主要手段之一，准确可信的总能量参数对Z箍缩研究具有重要意义。对薄膜量热计装置进行技术改进，采用脉冲恒流源代替脉冲恒压源驱动镍薄膜量热计，撤除了回路中的串接电阻，可直接测量薄膜探测器的电阻变化，从而有效提高了辐射总能量测量的精度，拓宽了该设备的适用范围，使其可对目前“强光一号”加速器Z箍缩实验中所有典型负载进行测量。改进后平面型铝丝阵负载实验中总能量测量的相对不确定度由49.0%降低为19.6%。与闪烁探测系统功率测量结果积分值进行了对比，二者比值在0.87~1.04之间。

为了更好地满足高功率微波电源技术及高功率脉冲技术的研究需要，研制了高功率柔软型同轴高压馈线。根据馈线的实际应用情况，分别在低压、高压、时域和频域条件下，测试了高压馈线在不同电压和气压下的脉冲功率衰减和脉冲峰值功率传输特性。并对测试结果进行了分析、比较。结果显示，脉冲信号功率衰减和脉冲传输考核均达到了高功率微波驱动电源的使用条件，满足电源系统的需求。

基于理论分析和数值模拟，建立了一种用于磁驱动压剪加载中产生纯剪切力的准静态磁场发生器，由4台0.5 mF/15 kV的储能电容器并联而成，通过15 kV/30 kA的半导体硅堆开关，向一对磁体线圈放电，进行模拟分析和实验测试。装置在充电9 kV时，在样品区域获得了上升时间1.34 ms的10 T准静态磁场。测试和分析结果表明在半径7 mm区域内磁场分布不均匀性小于2%，满足磁压剪实验要求。

在粒子模拟的基础上，结合经典空间电荷限制流、磁绝缘临界电流的理论公式，拟合得到磁绝缘传输线中空间电荷限制流的修正计算公式，并进一步建立磁绝缘传输线损失电流的插值计算模型。该模型不需要求解广义泊松方程，计算效率高。通过对长同轴磁绝缘传输线的等效电路模拟，得到了与全尺寸粒子模拟结果基本一致的负载电压波形，插值计算模型不仅正确地反映了磁绝缘传输线中的电流损失过程,而且其等效电路模拟计算效率比粒子模拟提高3000倍以上。

采用数值模拟法和有限元网格细化法对比给出电场的合理参考范围，分别选取距离阴极三结合点(0.005)(21/2d)处(d是绝缘体的厚度)和距离阳极三结合点(0.008 5)(21/2d)处的电场强度为参考点。通过优化均压环形状，采用阴极激发闪络和阳极激发闪络两种模型来控制三结合点处的场强，优化得出阴极三结合点处场强值为2.55 kV/mm，阳极三结合点处场强值为23 kV/mm。

针对堆栈式六间隙串联气体开关，建立了6个放电间隙的光信号测量系统，实验获得了不同触发电压和气压时开关统计时延和形成时延的变化规律。统计时延占总时延约42%，形成时延占总时延约58%，触发电极相邻的两个间隙击穿时延占总时延约75%，是开关触发时延的主要组成部分。利用四分幅纳秒高速相机拍摄开关的放电通道图像，初步分析了放电通道的形成和变化过程，得到了不同实验条件下放电通道数量的变化规律。开关最底部间隙可以形成多通道放电，其他间隙以单通道为主。随着触发电压提高，触发间隙的放电通道数量明显增加，但是其他间隙变化不大。在放电过程中，没有观察到放电通道合并或熄灭的现象，间隙击穿后仍然有可能形成新的放电通道。

为寻找有效的电磁脉冲防护加固措施，首先对电磁脉冲模拟器的干扰路径进行分析，包括数字信号处理器(DSP)与放电回路的共地耦合干扰及共网电耦合干扰，并将结构优化设计、硬件屏蔽加固措施与设置软件陷阱、开启看门狗等抗干扰措施相结合，对数字信号处理器(DSP)内核工作电压、输入/输出(I/O)端口以及显示屏等进行了干扰测试。实验结果表明，采用硬件与软件相结合的防护加固技术后，DSP主板的内核工作电压及I/O端口的干扰脉冲幅值减小，且干扰持续时间由2 μs减少到400 ns，干扰脉冲获得了有效抑制。