采用基于体布拉格光栅的窄线宽半导体激光器作为泵浦源，以电容耦合式射频激励Ar,He混合气体放电等离子体为增益介质，在双程纵向泵浦的结构下实现了连续波模式的912 nm的激光输出。

基于单喷嘴射流抛光去除机理，研究了抛光颗粒尺度分布理想均匀时，颗粒直径和抛光液质量分数变化对冲击去除分布的影响。在此基础上，考虑到实际加工过程中，抛光粉颗粒不可避免地存在分布不均匀的情况，在非理想不均匀条件下，提出了一种分析颗粒尺度的材料去除特性模型，重点研究了不同颗粒尺度分布范围对材料去除特性的影响。结果表明：在理想状态下，冲击去除随着抛光颗粒直径的增大而减小，随着抛光液质量分数的增大而增大。当颗粒直径随机分布时，材料去除量将出现明显的波动，抛光液质量分数的增大使去除量波动也增加，去除量波动的大小与抛光粉颗粒的平均直径直接相关，且与理想均匀状态下的去除特性相比，颗粒分布不均匀性使得材料的去除量有所增大。

为了获得多种类型的波长量级聚焦光斑，研究了一种新型涡旋光束，高次方涡旋光束经过大数值孔径透镜的聚焦。基于矢量德拜积分公式，理论上研究了线偏振的高次方涡旋光束经过大数值孔径透镜的聚焦特性。研究了涡旋光束的拓扑荷数和幂次方数对聚焦平面光强和电场x分量的相位分布的影响。研究结果表明，通过控制涡旋光束的拓扑荷数和幂次方数可以产生不同类型的聚焦光强分布，例如尺寸约为2个波长大小的实心和空心型聚焦光斑。此外，与普通的涡旋光束聚焦不同，高次方涡旋光束聚焦后的奇点并不在焦点处。这些特殊的聚焦光斑有望在微粒的操控等领域中得到应用。

针对二维各向异性磁等离子体提出一种有效的无条件稳定算法，新算法结合了辅助微分方程 （ADE）方法与Crank-Nicolson approximate-decoupling （CNAD）时域有限差分算法仿真各向异性磁等离子体介质。传统的ADE-FDTD方法应用在一维各向异性色散介质具有较高的精度和效率，将提出的新算法ADE-CNAD-FDTD应用到二维各向异性磁等离子体介质中不仅解决了电磁波在具有各向异性和频率色散特性介质中传播的仿真难题，而且去除了CFL稳定性条件。该算法在保留了原有的精度情况下大幅度地提高了计算效率并成为无条件稳定的形式。给出一个算例证明该算法的有效性，通过模拟电磁波在磁等离子体中的传播，仿真结果与传统的ADE-FDTD算法对比，证实了该算法的高效率、无条件稳定性和高精度。

为了实现机械相控阵列天线的波束扫描，采用微型直流电机驱动螺旋天线单元转动来达到预定的辐射相位，研究了一种基于单片FPGA的多轴直流电机控制系统。采用IP设计思想，直流电机的位置控制用纯硬件逻辑电路的形式(直流电机控制IP核)实现，总线通信及轨迹计算由同一芯片上的微处理器(Nios II软核)软件实现，从而容易构建多轴直流电机控制的片上系统。利用Verilog硬件描述语言，设计了一种高性能直流电机控制IP核，并进行了仿真验证。为了验证该IP核的复用性，构建了一个56轴直流电机控制的片上系统。实验结果表明，此系统可对各个直流电机实现快速精确控制，每轴的运动相互独立，并且控制参数在线可编程，控制一致性满足系统设计要求。基于这种方式构建的系统，扩展方便、可移植性高、具有较好的适用性，已在某相控阵列天线中得到了应用。

随着智能电网上升成为国家战略，其高速、高集成度的光纤通信网络通信的安全性和可靠性成为了一个需要重点关注的问题，然而电网中广泛使用的光电信号转换装置却并没有针对可能遭受到的强电磁脉冲攻击进行防护，一旦被干扰或损伤，可能危及整个通信网络乃至电网的安全性。针对一种常用的光电转换器，开展了典型高功率微波环境下的辐照效应试验，发现其在较低场强即可能出现干扰和扰乱的效应现象。并通过进一步的壳体耦合仿真分析和典型半导体器件的干扰机理研究，明确了散热孔阵为主要的能量耦合通道，低频 （L波段）耦合效果优于高频 （S波段）近一个量级。耦合场通过场路耦合主要作用于转换芯片，本质原因可能是半导体器件的闩锁效应。

波束控制系统是高功率相控阵天线的神经中枢，负责天线阵面中所有单元相位的精确控制和状态监测任务。为实现天线阵面的快速、精确波束转换，采用分布式拓扑结构和嵌入式实时操作系统，设计了两级分布式波束控制方案，开发了基于VxWorks的相控阵天线主控系统。通过UDP协议实现主控系统与其他系统的多节点网络通讯；针对高速、实时通讯需求，利用VxWorks多任务编程接口，设计了一种基于双缓冲队列的Socket通讯方法；为使通讯被各方正确解析，制定了自定义的应用层协议。基于VxWorks的相控阵天线主控系统的开发应用，验证了方案的可行性以及控制软件的可靠性和稳定性。

应用准第一性原理的PIC程序对系统电磁脉冲(SGEMP)一维边界层进行数值模拟，研究无限大介质板发射单一能量为2 keV、发射率为3.3×1020 m-2·s-1的光电子，发射角分布为余弦角分布，且平板上留下等量正电荷时的SGEMP效应，得出稳态后电子所能到达的最大距离约在5.8~7.5 cm之间振荡；发射表面z=0处的电荷密度在(6.0~9.0)×10－6 C/m3之间振荡；表面电场值在50~55 kV/m之间振荡；边界层达到准稳态的时间约为14.0 ns。将稳态模拟结果和理论估算结果进行对比，模拟结果较理论结果更加准确、形象地反映出SGEMP一维边界层的形成过程及稳态结构。

针对“黑障”问题，借助于电磁波斜入射到磁化等离子体的传输模型，研究了太赫兹 （THz）波在磁化、均匀等离子体中的传输特性，分析了太赫兹波在磁化等离子体中传播的反射、透射以及衰减。仿真结果表明，等离子体碰撞频率、电子密度、入射角度以及磁场强度，对衰减产生不同的影响。单纯的增加碰撞频率，衰减值呈现出先增大后减小的变化趋势；电子密度的增加，与衰减峰值的大小有关；外加磁场加入，衰减值降低。通过调节外加恒定磁场，可以有效地解决“黑障”问题。

电晕放电等辐射源定位多采用基于时延估计的时差定位方法实现的，在现场条件下，各种背景噪声和干扰对时延估计精度造成影响。在分析国内外研究动态的基础上，针对基本互相关时延估计存在的分辨率低、稳健性不高等局限性，研究基于广义互相关的时延估计算法，并且通过采用不同的权值函数进行仿真比较和实验验证，寻找适用于电晕放电辐射信号时延估计的方法。研究表明：基于Hassab-Boucher (HB)加权的广义互相关时延估计方法对实际测试环境中存在的周期性干扰具有较好的抑制效果，时延估计误差达4.5%，精度较高，在实际的工程应用中用于对电晕放电信号进行时延估计和远距离定位是可行的。

基于先导发展模型实现了海域上地闪先导2维数值放电模拟，完成了海域上地闪先导放电通道过程的图样采集。通过建立二维舰船模型，并根据相关标准对舰船模型进行避雷针的数量、高度、位置设定，对此模型进行雷电先导放电数值试验。经大量试验统计分析，舰船采用单根避雷针设计方案时，避雷针的高度较高，使得接闪概率明显增大，但在避雷针周围取得了较理想的防护效果；与单根设计方案相比，双根避雷针设计使得舰船整体结构高度降低，总的接闪次数有所减少，防护效果更佳。该评估方法可与长间隙放电试验和雷电观测互为补充，进一步完善了水面舰艇避雷系统防护评估检验技术，为舰艇的雷电防护提供理论基础。

目标单、双基地雷达散射截面(RCS)反映了目标是否容易被单、双基地雷达检测到。目前缺乏单、双基地RCS对比的量化指标。首先定义了双基地RCS相对于单基地RCS的RCS增强因子和RCS增强率，然后应用该定义统计分析了某隐身目标和非隐身目标双基地RCS计算结果。结果显示：对隐身目标，RCS增强因子大，RCS增强率高，对于非隐身目标，其RCS增强因子显著下降，RCS增强率不高。结合指标含义，应用双基地RCS有助于隐身目标检测，而对非隐身目标效果并不明显，这与雷达界认识相一致。这也说明，应用上述两个指标进行单、双基地RCS对比分析是有效的。此外根据隐身目标在较窄双基地角范围内的双基地RCS分析结果，应用双基地角20°~40°范围内的双基地RCS即可提高对隐身目标的检测效果。

基于PIN二极管射频限幅的原理，分析了尖峰泄露产生的原因并提出了解决方法。在此基础上采用无源多级PIN二极管结构，提取相应防护电路的S参数，以设计优化匹配网络，研制了工作于1~200 MHz、插入损耗小于0.156 dB、响应时间小于1 ns的射频前端电磁脉冲防护模块。结合PIN二极管模型，利用ADS仿真软件对电磁脉冲防护模块限幅性能进行仿真，并对加工出来的电磁脉冲防护模块进行了测试，结果验证了各项指标满足要求。

为解决均匀场与混响室内辐射敏感度测试结果相关性较差的问题，利用统计学理论对混响室内场强直角分量及天线接收功率的统计特性进行分析，理论推导出基于受试设备干扰概率的混响室条件下临界辐射干扰场强计算模型。为验证该模型的正确性，以ETS 3142E型天线为受试设备分别在混响室及均匀场中进行临界辐射干扰场强测试，实验结果表明，利用该计算模型得出的临界辐射干扰场强值与均匀场测试结果吻合良好，平均相对误差可控制在2 dB以内，可将该模型应用于实际辐射敏感度测试。

宽带强电磁脉冲是高功率微波技术近年来的主要发展方向之一，由于模拟器可用于强电磁辐射环境模拟，开展强电磁脉冲效应与防护研究，所以取得了快速发展。对宽带强电磁脉冲模拟器的研究现状进行了介绍，分析模拟器在工作频段和技术体制方面存在的共性，并结合研究需求，设计了一种宽带强电磁脉冲模拟器，该模拟器采用Marx发生器直接驱动高功率宽带天线的方式，实验结果显示该模拟器的远场辐射因子可达224 kV，辐射中心频率215 MHz，带宽可达32%，为宽带强电磁脉冲模拟技术的发展、科学研究提供了参考依据和试验条件。

涡旋电磁波具有携带轨道角动量的特性，利用这一特性，采用涡旋电磁波作为信号的载体，可以实现同一时间、同一频段的多路信号传输，极大地提高系统容量和频带利用率。以同轴馈电的半圆型开槽微带天线为单元，设计出了一种能工作在Ku波段和K波段的涡旋电磁阵列天线。使用三维电磁场仿真软件建模并且优化参数，最终得到在中心频率分别为17.1 GHz和19.7 GHz时，阵列天线产生的电磁波携带有轨道角动量。结论表明：该阵列天线能够产生双频涡旋电磁波。

战场电磁环境日益复杂、多变，对**装备的正常使用带来很大影响。针对其中影响最剧烈的有源干扰，分别联系时域、频域和能量域三个方面对其进行分析，提出定量描述干扰的方法。通过能谱图结合能量计算公式的方式完成了对压制干扰的表征，通过相关性算法以及提出的频谱重叠度概念完成了对欺骗干扰的表征。同时，基于Simulink/Matlab仿真的结果分别验证了所提出的几种表征方法具有一定的有效性与可行性，该定量描述方法对于战场电磁环境的评估具有参考意义。

无人机交换机芯片易被静电放电(ESD)电磁脉冲损坏，严重影响无人机数据链正常通信。针对此问题，通过搭建人体-金属ESD电路模型并进行仿真分析，发现所选用的TVS防护器件对15 kV等级的ESD防护效果显著。分别对加装TVS防护器件前后的收发信机电路进行了ESD电磁脉冲抗扰度对比试验。试验结果表明，加装防护器件后的电路对ESD电磁脉冲的防护能力最大提升7.4倍。

TiH合金电极是一种含氢量非常高的金属材料，用它作真空弧离子源的电极，可在真空环境下产生强度非常高的氢离子流。相比纯金属材料电极，TiH电极除了出现真空弧放电特有的融蚀现象外，还存在气体释放过程，所以它的表面形貌具有一定的独特性。利用扫描电子显微镜观察了单次放电和多次放电后阴极表面形貌，发现阴极斑在阴极表面微裂纹附近连续分布，气体释放生成很多小孔，使阴极斑区域呈絮状结构；弧流越大，阴极斑数量越多；多次放电后，阴极斑朝含氢量多的地方移动。该结果有助于了解含氢电极的真空弧放电过程，对该类放电的应用具有一定参考意义。

为保证滤波器性能，缩小滤波器体积，提高晶圆上的芯片数量，提出一种体声波(BAW)梯形滤波器布局的设计方法。该方法包括11条设计准则和设计流程。11条设计准则限制体声波谐振器(BAWR)的形状、位置，BAWR之间的距离，BAWR与焊盘的距离和互连线。设计流程有7个步骤： （1）根据每个BAWR的有效面积，预设每个BAWR的形状； （2）根据BAW梯形滤波器电路结构，排列BAWR； （3）“压缩”布局； （4）对BAWR切趾、微调和旋转； （5）对BAWR和焊盘布线； （6）检测滤波器布局是否符合设计准则； （7）使用声-电磁联合仿真，验证滤波器布局结果。以10个BAWR串并联而成的5阶BAW梯形滤波器为案例，展示了该方法的设计准则和设计流程。优化后的滤波器布局面积利用率达到了44%。对比未优化的滤波器布局，利用该方法优化后的滤波器布局提高了BAW滤波器的带内插损和带外抑制。

根据绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的工作特性，研究设计了一种应用于脉冲功率系统的开关驱动电路，实现了IGBT的快速开通。阐述了驱动电路的原理，设计了基于平面变压器的驱动电路，在驱动芯片基础上为栅极提供幅值为60 V脉冲电压，提高开关速度。最后使用Blumlein双线结构对驱动电路的性能进行了实验验证。应用这种驱动方式，提高了集电极电流上升速率。实验结果表明，在1000 V的工作电压下，通过IGBT的脉冲电流达到了470.53 A，脉冲前沿为40 ns，di/dt达到9.41 A/ns，相比数据手册提供的数据，该电流上升速度提高了7.53倍，实现了对IGBT的快速驱动。

为了提高脉冲变压器磁芯的利用率，需要给脉冲变压器施加退磁电流，使磁芯达到负向饱和点以获得最大的磁感应强度增量。研究了一种工作电压在几十伏的重复频率脉冲复位电路，产生反向脉冲电流，实现磁芯复位。研究了不同复位电容容量和充电电压条件下的磁芯复位效果，发现磁芯复位效果与复位电容所储存的能量具有正相关性。综合考虑脉冲变压器工作的要求，选用较低工作电压和较大复位电容容量的方案。对比分析了有无磁芯复位时硅钢带环形磁芯脉冲变压器的磁化特性，说明了加入复位电路的必要性。试验表明，该复位电路在50 Hz重复频率下可长时间稳定运行。

CADS注入器Ⅰ试验装置由中国科学院高能物理研究所承建。其10 mA的束流由RFQ结构加速到3.2 MeV，经中能传输段匹配到超导加速结构。为了减小失匹配造成的束流损失，需要测量RFQ出口束流参数，以便调整中能传输段Lattice结构，使束流能匹配进入超导腔。CADS注入器Ⅰ采用丝靶扫四极铁参数的方式测量束流截面并计算RFQ出口Twiss参数。强流加速器在低能段空间电荷力很强，常规的基于矩阵的数据处理方法会带来误差。本文分别用常规的未考虑空间电荷效应的矩阵方法和考虑了空间电荷效应的遗传算法对数据进行处理，得到的结果显示低能强流加速器进行Twiss参数测量时，必须考虑空间电荷效应的影响。

针对加速器驱动次临界系统 （ADS）瞬态问题，采用预估校正改进准静态方法 （PCQS）处理时空中子动力学方程中的时间自变量，采用蒙特卡罗方法处理相应的空间-角度-能量自变量，重点解决了低次临界度下模拟计算不稳定的问题，验证了TWGIL-Seed-Blanket动力学基准问题和小型模拟ADS问题，得到瞬态过程的功率变化结果，与基于其他方法的程序比较，经初步验证取得了较好结果，证明了该耦合方法可行。

针对源倍增法测量次临界度受到基波份额变化以及通量畸变影响的问题，有文献提出使用环形“集总”探测器布置和“刻度曲线”来改善其测量结果的方法。为了验证该方法的实用性，用超级蒙特卡罗核模拟软件系统SuperMC与混合评价数据库HENDL，以日本京都大学KUCA铅基实验装置为对象, 展开了模拟研究。研究结果表明：该改进方法在KUCA实验装置上是适用的，说明此改进方法具有较好的工程应用潜力。模拟结果表明，使用KUCA装置中现有的六个裂变室进行“集总”探测可以给出相对准确的“测量”次临界度，但为了使测量结果更加准确，在未来实验中，可以在堆芯外围布置更多对称的探测器进行“集总”探测。

采用蒙特卡罗输运程序MCNP5对固态燃料熔盐实验堆 （TMSR-SF1）能量沉积比例及功率分布进行了计算分析。针对MCNP5不能处理缓发β及缓发γ的能量沉积问题进行了类比等效处理。对固态燃料熔盐实验堆在寿期初、寿期中、寿期末相应的能量沉积比例及功率分布进行了研究。通过计算发现，固态燃料熔盐实验堆内燃料球相比于压水堆棒状燃料元件 （95%~97%左右）而言，能量沉积比例有所偏小，约为93%。同时，由于堆芯功率分布均匀，功率峰因子较小 （约1.5），堆芯安全性较好。

对于非定常输运问题提出了一种基于香农熵的自动调整样本数策略。将每一计算步的总样本数划分为若干批并逐步模拟每批中的粒子, 可以在每批粒子模拟结束后通过计算得到该时间步幸存粒子属性分布对应的香农熵值。采用在线收敛性诊断方法,一旦通过香农熵值序列判断对应的幸存粒子属性分布已经收敛,则可以提前结束本时间步的计算。对一个空间一维非定常输运模型的计算结果表明, 该策略可以显著减少每一计算步的实际样本数且保持最终的结果基本不变,从而减少了计算时间,提高了计算效率。

为了讨论PGAI技术分析的准确性，并验证冷中子和热中子应用于PGAI技术的可行性，通过蒙特卡罗模拟计算软件对PGAI技术理想化模型进行了研究，采用高准直的冷中子及热中子束和高纯锗探测器，对一块5 cm× 5 cm×1 cm均匀铁单质样品进行了模拟计算及图像重建，选取的等效体积大小为1 cm×1 cm×1 cm。结果显示：两种能量中子可以用于PGAI技术实现元素分布测量，但无论使用何种能量中子，由于物料体效应带来的中子自屏效应、中子散射效应以及伽马射线自吸收作用，即便在对均匀单质样品进行测量时，图像重建结果也无法保证各位置元素响应的一致性。因此，在后续工作中，需理清PGAI物理机制，建立相应的修正模型。

蒙特卡罗方法是当前形势下辐射屏蔽计算的首选分析工具。小概率深穿透问题则是屏蔽计算的关键与亟待解决的核心问题，需要使用有效的减方差技巧。针对全局问题，利用蒙特卡罗正算输运得到的粒子通量或探测响应来构建权重窗参数，将现有的粒子位置偏移拓展到位置和能量偏倚。利用国际屏蔽基准题进行测试验证，通过使用该方法，粒子被引导到模型的所有位置。平均相对误差降低到10%以下，几乎所有网格区域都有粒子统计。结果表明，基于蒙特卡罗正算输运的输运偏倚参数构建方法能够实现全局减方差。

随着核应用领域的不断拓宽，放射源丢失事故发生的概率也随之增加。机载伽马谱仪可有效搜寻地面放射源，然而对于放射源丢失于水域的情况，由于伽马射线经由水层屏蔽后可探测性降低，故利用放射源在水中产生的切伦科夫辐射对其进行搜寻显得十分重要。采用MCNP与Geant4相结合的方法，以及在Geant4程序中采用接续计算技巧，对Co-60源在水中的切伦科夫光产生以及传输进行了计算，计算表明，切伦科夫光经水中传播后，主要波段在300~600 nm，强度呈由边缘到中心渐强的特征分布，分布范围大致与放射源在水中的深度一致，在水中传输300 m后其光通量约为100 cm-2，可利用光谱特征和强度分布特征对其进行测量。

为了验证SuperMC软件系统对装载MOX燃料压水堆的临界计算能力，采用国际经合组织核能署 （OECD/NEA）2001年发布的三维VENUS-Ⅱ国际基准模型对SuperMC3.1版本进行了测试验证。本次测试包括栅元和堆芯两个部分，分别计算了栅元无限增殖因数、重核反应率、堆芯有效增殖因数、堆芯轴向裂变反应率等关键物理参数。将SuperMC计算结果与基准模型实验测量值以及MCNP计算值作了对比。结果显示：在测试范围内，SuperMC计算值与参考值吻合得较好，表明SuperMC可应用于含MOX燃料堆芯的临界计算。

为了实现基于蒙特卡罗方法的中子动力学计算，在传统的直接蒙特卡罗动力学方法的基础上，提出了一种加权蒙特卡罗动力学方法。该方法通过引入粒子权重的概念，隐式考虑中子俘获反应和裂变反应过程中中子数目的变化，避免了模拟粒子的数目随时间的变化，降低了统计偏差，消除了程序计算过程中粒子的存库操作，提高了计算精度。基于单能点堆模型，开发了中子动力学计算程序NECP-Dandi，进行了大量数值验证与分析，包括无缓发中子、单组缓发中子、六组缓发中子、正阶跃反应性引入、负阶跃反应性引入、正脉冲反应性、负脉冲反应性和正线性反应性引入等情况。数值结果表明，相比于直接蒙特卡罗动力学方法，加权蒙特卡罗动力学方法在计算结果的精度和计算效率上有较为明显的改进，程序结构更为简洁。

蒙特卡罗与热工水力的耦合计算是目前反应堆数值模拟的重要研究方向，在蒙特卡罗方法连续能量点截面的基础上结合热工程序的温度反馈，反应堆中子计算的准确性得到大幅提高。为了提高计算精度，堆芯模型分辨率也需进一步提高，相比于组件均匀化模型，pin-by-pin的建模方式能够获得更好的结果。利用蒙特卡罗程序JMCT与子通道程序COBRA-EN实现了蒙特卡罗-热工的内耦合，内耦合方式通过内存进行数据传递，其计算效率及安全性均优于外耦合方法。随后利用NURISP项目迷你堆的pin-by-pin模型对耦合程序进行验证。计算结果与同类耦合程序相似，验证了程序的准确性。同时，对耦合过程的收敛性问题进行了初步分析。

易燃易爆液体的实时、远程和动态探测对于保障公共安全具有重要意义，在公安、民航和海关等领域应用前景广阔。研制了基于液晶可调滤光片的近红外光谱成像系统，通过波长优选算法大幅降低了光谱通道数，有效提高了扫描成像速度和数据处理速度，可实现对低速运动的液体危险品的远程和实时检测。利用该系统开展了不同环境下对易燃易爆液体的检测实验，结果表明该系统对静态目标检测精度为100%，对速度小于0.2 m/s的运动目标检测精度高于95%。