对于光斑主轴在传输过程中不停变化的扭曲光束,采用光斑主轴方向上的光束传输比对光束质量等特性进行表征和描述并不全面。针对扭曲高斯光束,在光束传输矩阵的理论计算的基础上,研究了通过双柱透镜产生扭曲光束的方法; 推导得到了光束在交叉方向上光束传输比的表达式,并定义了一个新的物理量-光束的扭曲系数; 分别采用光束传输矩阵和数值模拟,得到了不同柱透镜之间夹角和间距下的扭曲系数,通过光束传输比和扭曲系数共同对扭曲光束进行表征。结果表明,相比于单纯的光束传输比,两者的组合能够更好地对扭曲光束进行表征。通过实验对理论和仿真结果进行了验证,理论结果和实验结果相符。

由于分析频率间隔与频率分辨率的不同以及窗函数的使用,通常的功率谱密度数值计算可能会损失时域信号的方差信息,分析频率和信号长度选取不同时,得到的功率谱密度幅值不能够保证唯一性。为使得到的功率谱密度能够保持原始时域信号的方差信息,基于时域信号方差和功率谱密度的积分值的一致性,对功率谱密度进行了修正,得到的功率谱密度能够保持时域信号的方差信息,适用于更一般的分析频率要求。

为实现激光束形状的二维整形,同时灵活适应入射光束发散角、尺寸等参数的变化,提高光束质量,提出了一种适用于大长宽比、变发散角的激光束二维变焦整形方法。该方法利用光线变换矩阵方法分析光路,采用柱透镜、球透镜对光束进行二维变焦整形,通过镜片位置和间距的动态调节,实现对光束在x，y两个维度上的尺寸、发散角共四个参数各自独立的调整,实时校正激光束的低阶像差,使出射光束始终保持为预定状态。试验研究表明,该方法具有光路结构简单、综合像差小、调节范围大等优点,能够显著改善高功率激光器的光束质量,尤其适用于具有大长宽比增益区的板条激光器和化学激光器的输出光束整形。

基于掺氧化镁的周期性极化铌酸锂(MgO: PPLN)晶体,研究了连续波种子光注入结构的光参量放大器(OPA)。采用重复频率为10 kHz、最大平均输出功率为6 W的1064 nm高频脉冲激光作为抽运源,晶体的极化周期为31.02 μm,在119 ℃工作温度下,将连续分布式反馈激光器(DFB)作为种子注入,在1652.3 nm处得到最大平均功率为125 mW的OPA信号光输出,量子转换效率为7.47％。实验通过改变注入种子光波长,实现了信号光nm级范围的调谐输出。信号光通过10 m外甲烷气池,观察到其光谱强度明显下降,初步验证了信号光在甲烷遥测领域的可行性。与用种子光直接检测相比,信号光强度更高,检测距离及灵敏度均有较大优势。

数值模拟研究了高速气流作用下能量加载金属蜂窝板温度场。针对金属蜂窝典型单元，构造了蜂窝核细观导热数值计算分析模型。采用流固耦合计算方法，使用两相流模型和凝固/熔化模型模拟气流对烧蚀物的剥蚀，较完整地模拟了能量加载金属蜂窝板的物理变化过程，计算得到了金属蜂窝板的温度分布以及烧蚀形貌。结果表明两相流方法能够较全面地模拟能量加载金属蜂窝板过程中的对流换热、熔化与凝固过程以及金属液体在气流冲刷下的动力学过程，能获得较为合理的物理图像。

在超快激光照射过程中,金属靶材的光学性质是动态变化的。采用双温模型与分子动力学结合法,考虑动态和常数光学性质两种情况,对不同脉宽的超快激光照射下铜薄膜的热响应进行了模拟研究。其中,常数光学性质包括由激光沉积能量相等计算得到的等效平均反射率和室温下的吸收系数。结果表明: 两种情况下的电子温度和晶格温度均差别较小,尤其是脉宽远小于电子-晶格弛豫时间的飞秒激光;而当激光脉宽相当于或大于电子-晶格弛豫时间时,如皮秒激光,光学性质的动态变化对材料的熔化和重凝的影响则比较明显。

强激光与固体靶相互作用产生的硬X射线已被证实为一种新的电离辐射源,其辐射防护问题引起国内外相关领域的广泛关注。为了便于开展这类电离辐射源的屏蔽设计,研究了强激光打靶所致硬X射线在常用屏蔽材料中的剂量衰减曲线和十值层(TVL)。利用蒙特卡罗程序FLUKA建立了强激光打靶所致硬X射线的屏蔽计算模型,开发了专门的统计程序,解决了屏蔽层之间由于粒子反散射造成的重复统计问题,使得可以通过一次模拟得到不同屏蔽厚度下的光子剂量。计算结果表明: 当电子温度为0.5~10 MeV时,X射线在混凝土中的十值层从24 cm到56 cm不等。其中X射线的十值层会随着电子温度的增加而增加,并逐渐趋于饱和。而对于铅屏蔽,除了第一个十值层(TVL1)外,平衡十值层随电子温度的变化较小,在4.7~5.4 cm范围内。另外,当电子温度较高时,探测器到屏蔽体的距离不同会使得TVL1值存在明显的差异。

在调研跟踪国外磁化套筒惯性聚变(MagLIF)研究领域最新进展的基础上，以一维磁流体力学方程为基础，结合氘氚燃料能量交换方程，建立一维磁化套筒惯性聚变物理模型，并使用Fortran语言编写完成一维数值模拟程序MagLIF-1D; 通过与圣地亚实验室LASNEX,HYDRA等程序计算结果对比展示，完成程序校验工作，讨论后认为程序计算结果存在差异的主要原因可能来自不同程序对于材料状态方程库的选择; 通过计算，MagLIF-1D程序可以直接获得内爆速度、燃料压力、燃料密度、聚变产额等关键物理量，这为后续更好地开展磁化套筒惯性聚变实验设计提供了有力工具。

通过比较不同细缝算法(TSF)计算误差随细缝宽度相对网格步长占比和频率的变化,以及各TSF算法计算获得的孔缝处及远离孔缝位置场分布的差异,给出了时域有限差分(FDTD)计算中不同TSF算法的适用性。在此基础上,将TSF算法用于分析工程中搭接缝结构的屏蔽效能问题,结果表明: 将工程搭接缝等效模型与TSF算法结合,能够使用FDTD快速地计算其屏蔽效能,有效解决了基于FDTD的含细缝复杂结构的屏蔽效能评估问题。

中子数字成像试验中,现场可编程门阵列(FPGA)是重要的成像逻辑控制器件。然而,中子辐照易引起FPGA的单粒子效应,对中子成像引入本底噪声,因此必须采取措施,减少中子辐照对FPGA成像的影响。结合图像周期性的特点,采用三判二的技术方法替代三模冗余,裁决成像关键信号; 采用硬件实现的中值滤波算法,平滑由于RAM区单粒子翻转等原因呈现在图像上的噪点。仿真结果表明,本文采用的两种技术方法不但降低资金成本,提高FPGA资源冗余度,而且在取得良好的抗辐照滤波效果的同时,保留图像细节。时序仿真和硬件平台验证了设计的正确性。

电子束快速成型设备偏扫系统工作频率高，磁偏扫装置的铁损、涡流等损耗导致偏扫轨迹产生偏差。通过获取偏扫区域内特征点基准偏扫参数并由插补算法计算区域内任意一点偏扫参数，能够较好地抑制动态偏差; 但由光学观察系统判断电子束斑点位置所获得的基准偏扫参数精确性较低。为提高偏扫轨迹精度，在现有电子束快速成型机上加装一种特征点参数采集装置，收集产生的二次反射电子，通过二次反射电子信号判断特征点通孔中心与电子束斑点中心的对中性。实验表明: 当电子束斑点位于特征点中心且聚焦于上表面时，二次反射电子信号最小，此时获得的基准偏扫参数精确性高，能够提高电子束偏扫加工的精度。

实验证明薄膜体声波谐振器(FBAR)用于检测伽马辐照是可行的,但未对敏感机理进行深入研究。针对这一问题,根据两种不同的FBAR结构,提出了不同机理来解释FBAR在伽马辐照下谐振频率偏移的原因。其中结构一FBAR为四层叠层结构(金属层-压电层-氧化层-金属层),伽马辐照之后,会在辐照敏感层(氧化层)形成一个电压,相当于给压电层施加了一个直流电压,从而使谐振频率发生偏移; 结构二与结构一不同的是,结构二FBAR在氧化层和压电层之间有一半导体层,辐照之后在氧化层中形成的电压改变了半导体的表面势,使半导体空间电荷层电容发生改变,从而改变谐振频率。通过仿真得到两种不同机理的结果,并与相关文献的测试结果对比,发现频率偏移的趋势和频率偏移量的数量级是相同的,因此提出来的两种机理是可行的。

针对氢基硅倍半氧烷(hydrogen silsesquioxane,HSQ)作为深反应离子刻蚀(DRIE)掩膜形成大高宽比纳米硅立柱的工艺进行了系统研究。优化了刻蚀工艺中线圈功率、极板功率和气体流量参数,减小了横向刻蚀,使形貌垂直性得到了更好的控制,并实现了13.3 μm高度和低侧壁粗糙度的垂直硅纳米柱阵列,其高宽比(高度/半高宽)达到了36。利用不同的刻蚀工艺条件得到了不同侧壁形貌以及不同尺寸、高度的硅纳米柱结构。

基于馈线结构，分析了影响馈线带宽特性的两个关键因素--谐振和高次模。通过测量馈线的时域阻抗和脉冲频谱范围内的S参数，详细研究了它们的影响并进行了实验验证，测试结果表明: 馈线周期性阻抗不均匀经傅里叶变换可分解成两个谐波分量，它们导致电压驻波比曲线出现谐振峰。馈线不连续结构激励出TE11和TE21高次模，它们在传输损耗曲线上引起损耗峰。馈线-3 dB带宽由一次谐波分量产生的谐振峰决定，但仍能匹配脉冲频谱的主瓣宽度。最后，根据测试结果，对馈线后续优化设计提出了相应的改进措施。

EAST极向场电源是由晶闸管相控整流电路组成的大功率变流器，其同步信号的取用至关重要。为提高控制精度，采用EAST极向场电源系统中整流变压器的次级电压信号作为同步信号。由于该同步信号中包含大量的谐波及噪声，所以需要对其进行滤波。通过分析同步信号的特点，提出了滤波器设计要求，比较不同滤波器特点后，选用状态变量滤波器进行滤波，并对状态变量滤波器的设计进行了详细的理论分析和参数计算。最后通过RT-LAB实时仿真测试和实验证明，该滤波器具有理想的滤波效果，可以实现同步信号的精确提取。

电晕针均压的多间隙气体开关，其各间隙电晕电流一致性会直接影响开关的耐压稳定性。在工作气压0.1，0.2，0.3，0.4 MPa条件下，实验测量了六间隙气体开关在不同电压下的各间隙电晕电流。结果显示，针-板间隙电晕电流明显高于针-杆间隙电晕电流。对针-板间隙进行结构调整并进行三维静电场仿真。对调整结构后的针-板间隙进行电晕电流测试，测试数据的变化趋势与仿真结果相符。基于实验和仿真结果，优化了针-板间隙中电晕针的高度，充电25 kV时，开关各间隙电晕电流的相对标准偏差最大为8%。

为了提高产品的可靠性，并且在电子设备发生故障时迅速地确定故障源，保障设备的正常运行，基于多信号流模型的诊断建模方法，在多信号流基础上引入了以故障重要先验知识为主的多信号流故障诊断策略，通过引入故障模式的故障概率改进了多信号流诊断技术。该方法已应用于BEPCⅡ磁铁电源接口控制设备故障诊断系统，使用TEAMS测试工具箱建模实现了快速准确的故障诊断和定位，提高了磁铁电源控制设备的故障诊断检测率和隔离率，并且可以方便地扩展到其他设备和系统上。

针对直线感应加速器控制系统大多数前端设备为带通讯接口的慢速设备的实际情况，采用异步通讯模块Asyn和基于字节的模块StreamDevice相结合的方法实现该类设备在实验物理与工业控制系统(EPICS)架构下的分布式控制。系统中使用的国产或自行研制的设备的命令格式不是SCPI格式，而控制系统常需要在一个I/O命令中写入多个参数(PV)，而StreamDevice协议中，多个PV设置无法在一个协议函数中实现。采用EPICS实时数据库的Calcout记录作为多参数输入容器，将多个PV组成一个结构化数组，从而实现多个PV变量的同时设置。同样，针对多参数同时读取的情形，使用waveform记录在一次读入操作中能获取多个PV变量的值。

上海光源储存环安装了一套由两台椭圆极化波荡器组成的插入件(DEPU)，该插入件尤其是其中一台椭圆极化波荡器的积分场误差引起了闭轨畸变、工作点漂移、耦合度变化、动力学孔径减小等多种效应，这些效应对上海光源储存环的正常运行造成了极大影响。采用校正线圈前馈将最大闭轨畸变降低到10 μm的水平，采用四极铁强度前馈将工作点漂移控制在0.001左右，采用斜四极铁前馈将耦合度很好地控制在0.1%左右。通过六极铁在线优化解决了动力学孔径退化的问题，将注入效率保持在80%以上。在接近4年的运行中，补偿方案工作表现很好，轨道补偿的前馈还在不断地完善中。

对脉冲电源系统72 h老练实验过程中高压电缆座打火并被击穿情况进行分析,建立高压电缆终端电场分布等效电路,推导出从电缆终端到金属屏蔽层的电势差公式,从理论上分析高压座被击穿的原因是电缆终端绝缘层未做倒角,空间电荷在此处集聚、温度升高导致的。通过定位被击穿高压座击穿孔的位置验证理论分析的正确性,最后提出高压电缆端部绝缘层处理方法,并做72 h老练实验验证了其正确性。

针对球几何中子输运方程线性间断有限元方法计算的负中子通量问题，构造了保正线性间断有限元格式，该格式保持中子角通量0阶矩和1阶矩。现有方法计算中子角通量非负时，采用传统的线性间断有限元方法，求解线性方程组; 原方法计算出现负通量，则采用构造的保正格式，求解非线性方程组。编制了球几何中子输运问题保正格式程序模块，并集成到应用程序。数值算例表明构造的保正格式计算的中子通量非负，有效降低数值误差，提高数值计算的精度。

高增益包层并联多通道流量分配特性直接影响其传热效率,在初始设计中,缺少简洁有效的设计方法。采用Fluent程序对U型布置并联多通道的流量分配特性进行数值模拟,通过敏感性分析,确定了影响流量分配特性的支管长度、支管横截面积、支管个数以及总管横截面积等重要参数,提出了预估流量分配特性的方法。分析表明,无量纲参数Kfd越低,流量分配越均匀; 当Kfd低于0.03时,流量丧失比低于5%。