提出了一种基于卷积神经网络（CNN）的半导体激光自混合干涉（SMI）微位移重构方法，将SMI信号分段并以窗口平均位移作为标签输入卷积神经网络，实现了物体微米量级位移的直接重构，避免了位移重构过程中复杂的SMI信号相位解包裹计算过程。所使用的卷积神经网络由三组卷积层、池化层和线性整流函数组成，其中卷积层用于提取SMI信号中的局部位移特征，池化层用于压缩SMI信号中的特征信息并增强抗干扰能力，线性整流函数有助于突出SMI信号中的关键位移特征。在理论仿真中，将具有10 dB噪声的SMI信号输入至已训练完成的卷积神经网络中，直接输出物体重构微位移的均方根误差为$ 5.3\times {10}^{-8}$；在实验中，将包含系统噪声的SMI信号输入已训练完成的卷积神经网络中，直接输出物体重构微位移的均方根误差为$ 2.1\times {10}^{-7} $。理论仿真与实际实验结果均表明，卷积神经网络通过分析SMI信号的时序片段，能够实现半导体激光自混合干涉信号的微米量级位移重构。

提出一种基于表面等离子体共振（SPR）效应的锚形双通道光子晶体光纤（PCF）传感器，用于实现温度与折射率（RI）的超宽范围同步检测。该传感器具有非对称锚型横截面结构，纤芯表面沿正交方向抛光为半圆形，并选择性镀覆金属金（Au）和聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane PDMS）薄膜，实现了极化分辨的SPR激发机制。该设计可分别激励高阶x极化与y极化模式，形成两个独立通道，实现多参数同时检测。其中，x极化通道通过Au/PDMS复合膜同时响应RI与温度变化，y极化通道则依靠Au膜单独实现RI检测。基于COMSOL Multiphysics软件对结构参数进行了全面优化，确保两个通道均具备强耦合强度、良好模式约束及高效高阶模激励能力。仿真结果表明，所设计的传感器在宽折射率检测范围1.21～1.44内表现出14 500 nm的最大折射率灵敏度，在宽温度变化范围−100 ℃至100 ℃内实现了最高4 nm/℃的温度灵敏度。该传感器结构新颖、灵敏度高、选择性强，具备在复杂生物和化学环境中开展癌细胞实时检测、生化分析及多参数同步监测等实际应用的广阔前景。

面向超高真空精密光学系统的迫切需求，对高性能石英真空窗的封接技术展开系统性研究。石英虽具备优异透光性，但其与金属封接时因热膨胀系数差异较大导致的界面应力集中与真空密封失效，一直是制约低漏率石英真空窗制备的关键技术瓶颈。针对这一难题，提出采用磁控溅射技术在石英焊接面依次沉积Ti/Mo/Cu/Ag多层膜系，构建具有热应力缓冲能力的梯度功能金属化层，实现了石英表面的有效金属化。扫描电镜观察表明，所制备膜层连续致密、结构均匀；纳米压痕实验进一步测得金属化层与石英基底的结合强度约为3.83 N，表明膜层附着牢固可靠。实验结果表明：基于该金属化方案所制备的真空窗口组件，其漏率低于10⁻¹² Pa·L/s。该成果可广泛应用于同步辐射、量子测量及空间探测等领域，为高性能真空器件的发展提供关键技术支撑。

基于针孔成像原理的针孔相机结构简单、使用方便，在高能量密度物理实验中常用于监测激光与靶相互作用区域的形状与大小。为适应星光-Ⅲ激光装置的靶室结构与打靶方式，研制了一种用于该装置的X射线在线瞄准针孔相机，以解决传统针孔相机无法在线瞄准导致的信号采集失败问题。相机采用可见光CCD与X光CCD一体化设计，通过优化调节结构，实现了俯仰与侧摆方向的高精度在线指向调节，调节精度达15 μm。利用可见光CCD实时采集靶面图像，并结合精密调节盘上的不同孔径瞄准孔，实现了X光针孔相机的高精度在线瞄准。在星光-Ⅲ激光装置上对该相机进行了激光打靶考核，实验结果表明，其性能满足该装置的使用要求。

针对雷达防护外壳对电磁信号造成显著衰减的问题，提出了一种适用于浅表层探测应用的小型化高透波率频率选择表面（FSS）结构。该结构通过上下金属贴片与金属栅格的耦合构成谐振单元，在保证结构紧凑性的同时显著提升了电磁波透射性能。基于等效电路模型对其透波机理进行了分析，阐明了耦合电容增强对谐振频率降低与结构小型化的作用机制。仿真结果表明，所设计FSS结构在9.5～10.5 GHz频段内透射率稳定高于90%，其电尺寸约为工作波长的1/13。进一步的微波测试结果显示，实物样品在9.6～10.3 GHz范围内同样实现了90%以上的透波率，测试结果与仿真结果具有良好一致性。研究结果表明，该小型化FSS结构在实现高效透波的同时兼具结构紧凑、环境适应性强等优点，可为高频雷达系统的外罩设计提供有效参考。

在间接驱动的激光惯性约束聚变中，对靶丸处X射线驱动强度的精确计算是精准预言氘氚燃料靶丸内爆性能的基础。这需要利用辐射流体模拟程序，对激光到X射线转换和腔壁X光吸收损失等过程进行精确模拟。然而，自美国国家点火装置（NIF）的点火攻关计划启动以来，辐射流体模拟程序预测的靶丸处X射线驱动强度持续高于实验测量值，即普遍存在的黑腔能量亏损现象。尽管NIF开展了大量实验研究并持续优化其辐射流体模拟模型，但这一挑战性的黑腔能量亏损问题至今未能得到彻底解决，成为实现高增益惯性约束聚变的关键障碍之一。本文将系统介绍NIF黑腔能量亏损问题上的关键研究进展，并对NIF与我国表征靶丸处辐射流强度的方法展开介绍。

在惯性约束聚变（ICF）实验中，可通过在低密度聚合物泡沫中引入氯、氩、锗、铜等元素来调控辐射不透明度、改善流体力学稳定性及实现温度、密度示踪诊断。本文综述了掺杂聚合物泡沫的制备研究现状，分析了当前掺杂过程中存在的问题，并展望了未来面向高重复频率、高掺杂精度需求的技术发展趋势。该综述可为ICF实验靶材料的设计与制备提供参考。

针对低轨卫星通信中圆极化相控阵扫描角度窄、剖面高的挑战，设计了一款低剖面、宽波束圆极化天线单元及其宽角扫描阵列。该单元采用双层结构，通过四角微扰与交叉缝隙实现左旋圆极化，并利用上层寄生结构与金属柱基于方向图叠加原理将波束宽度拓展至120°，轴比波束宽度大于175°，剖面高度仅0.07λ₀。基于该单元构建的4×4旋转阵列，结合接地板环形开口槽设计，有效抑制了互耦。仿真结果表明，阵列在±60°扫描范围内轴比始终低于2 dB，且增益变化平缓，实现了优异的宽角圆极化扫描性能。

提出了一种基于Risley棱镜原理的新型圆极化全金属超透镜波束扫描天线，旨在解决高功率微波天线领域的大角度波束扫描和高功率容量难题。通过在六边形透镜单元中引入圆形缝隙及超材料结构，实现了该单元在中心频点处超过99%的圆极化正交转化效率（表征入射左旋/右旋圆极化波向右旋/左旋圆极化的转化效率）及0～360°连续相位调控。单元组阵后，两层透镜与径向线枝节缝隙馈源共同构成了波束扫描天线。其中第一层透镜将馈源辐射的圆极化空心波束转换为实心波束，并实现25.66°波束偏转，第二层透镜将该偏转波束进行二次偏转，独立转动两层透镜可以实现±60°锥角内的二维波束扫描。仿真设计了工作在14.25 GHz、轴向长度为5.6λ的波束扫描透镜天线，扫描过程中增益变化范围为34.7～37.9 dB，反射系数始终低于−25 dB，最大口径效率超过79%。单个透镜单元功率容量为0.63 MW，天线整体功率容量超过1 GW，具有应用在高功率微波领域的潜力。

现阶段，对相对论磁控管的研究还主要集中在频率较低的L、S等波段，而对高频段相对论磁控管的研究却鲜有报道。为了拓展相对论磁控管的工作频段，本文设计了一种Ku波段同轴相对论磁控管，该管子采用内腔为18腔的同轴磁控管结构，并采用同轴轴向输出技术，在电压180 kV、电流1.4 kA、工作磁场0.4 T的条件下，三维PIC仿真得到108 MW的仿真功率，工作频率14.613 GHz，功率转换效率约43%，同轴输出波导输出口监测到的微波模式为TE₀₁模。仿真结果表明该器转换效率高，引导磁场低，结构紧凑，有利于系统的轻小型化。

W波段是重要的窗口频段，在高容量通信、高分辨率成像和高精度探测等毫米波领域具有重要前沿应用价值。针对新一代W波段固态高集成收发机系统的应用需求，提出一款低损耗、低阶数、易加工的波导型准椭圆带通滤波器。该滤波器基于2个混合高阶谐振腔，结合偏移磁耦合方法，实现带两个传输零点的4阶准椭圆响应，带外抑制性能良好。主要内容包括：W波段混合高阶模滤波器的结构拓扑设计；混合谐振模式（TE₂₀₁/TE₁₀₂和TE₃₀₁/TE₁₀₂）与传输零点产生机理与独立性分析；错位偏移磁耦合结构特征；滤波器整体性能优化及其H面分裂式CNC加工等。实测结果表明，该滤波器的有效通带为91.5 GHz至98 GHz，3 dB相对带宽为7%，带内插入损耗低至0.4 dB，回波损耗优于15 dB。除高频边带有少量偏移外，实测结果与仿真结果高度一致，验证了该器件的易加工、易集成与易频率拓展等特点。

为实现PET医用小型回旋加速器的自主研发，中国原子能科学研究院开展了9.5 MeV超紧凑型回旋加速器的设计与研究。为满足对加速器束流的稳定加速，研制了基于全数字硬件平台的高频低电平控制算法，为提升控制精度，增加反馈速率，设计了高速DDC下变频解调系统，针对于数字下变频后IQ序列分布于任意象限的问题，设计了一种创新的象限预处理模块，以拓展其在全平面坐标系的适用性。为实现自动频率补偿，设计并实现基于位置式PID的调谐环，集成了自适应限位保护机制和实时调谐检测功能，并支持一键启动调谐。利用构建的高可靠性的跨时钟域数据通路，为幅度环调节激励信号幅值提供精度与稳定性保障。通过自闭环测试，验证了解调算法的可靠性，在与加速器联合调试中，稳定引出内靶束流100 μA，腔压幅度稳定度为0.047%（RMSE），失谐角保持在0.46°（RMSE），充分验证了系统的稳定性和可靠性，满足了加速器对低电平控制系统的需求。

C波段光阴极微波电子枪凭借超高加速梯度（>150 MV/m），成为第四代光源获取高亮度电子束的核心技术路线。然而，其输出束流具有ps级超窄脉冲、大动态范围电荷量（50～2500 pC）及极低横向发射度0.18 mm·mrad@100 pC，现有基于L/S波段的测量手段难以满足其测量精度与带宽要求。为此，本文依托针南方先进光源（SAPS）测试平台，研制了一套适配C波段电子枪特性的高精度束流测量系统。针对窄脉冲电荷测量难题，自主研制了法兰式有源积分型电荷探测器（Active-ICT），提出基于商用高灵敏度探头的交叉标定方法，实现了优于±1% FS的测量线性度；针对极小发射度测量中空间电荷力影响显著的问题，通过Astra模拟优化了双缝发射度仪的狭缝参数与漂移距离，在0.15～0.25 mm·mrad范围内将系统误差控制在10%以内；为解决能散测量中的噪底干扰，设计了双缝准直结合扇形二极铁的能散测量光路。利用该系统开展了初步束流实验，结果表明：光电流与暗电流测量结果与法拉第筒吻合良好，不同加速梯度下的束流能量测量曲线与动力学模拟高度一致，验证了测量系统的可靠性与测量精度。本研究工作解决了国内C波段光阴极微波电子枪调试中的关键束诊技术难题，为同类高梯度注入器的工程研制提供了核心技术支撑。

研制了一套同轴结构的脉冲强磁场设备用于和高功率激光装置相配合开展磁化激光等离子体实验。除磁场线圈外，整个设备全部采用同轴结构以降低电感和抑制电磁辐射，同时在整个设备外加屏蔽层来抑制电磁辐射；传输线部分使用多根长度约3 m的软同轴电缆并联的方式连接电容器和靶室上的刚性传输线。在40 kV脉冲充电电压时，使用直径12 mm的三匝磁场线圈作为负载，产生了峰值电流105 kA、上升时间1.2 μs、平顶宽度1.4 μs的放电脉冲，在线圈中心产生了22 T的强磁场。与课题组之前的脉冲强磁场设备相比，此设备除了可以产生更大的电流和更强的磁场外，自由空间电磁辐射和真空靶室上的电位抖动明显降低。软同轴电缆并联的传输线设计可以适应各种靶场环境，增加了使用灵活性。

PFN-Marx发生器准方波输出特性与装置的紧凑性是一对矛盾。随着对装置紧凑性的更高要求，发生器叠加过程中PFN波传输产生的级间电磁耦合愈发明显，其对PFN的脉冲调制特性有显著的影响，进一步影响发生器的准方波输出特性。基于此问题，本文开展PFN-Marx发生器叠加过程中PFN的电磁耦合分析。首先，通过理论推导，分析波传输过程中PFN级内和级间的电磁耦合现象，并得出其计算公式；然后，建立典型的PFN-Marx发生器的3D模型进行场路协同仿真；最后，分别搭建单级、多级发生器进行实验验证。通过分析对比三种结果，提高对PFN-Marx发生器波传输过程中电磁耦合的认识，从而在设计中规避部分电磁耦合，提升PFN-Marx发生器方波输出能力。本文可以为PFN-Marx发生器的准方波输出和紧凑化提供技术参考。

串联谐振型电容器充电电源凭借高效、高功率密度及抗短路能力，在脉冲功率领域应用广泛。然而，其传统PFM恒流充电控制方式导致充电损耗较大，效率降低，该问题在充电初期阶段表现尤为突出。提出一种多模态混合式恒流充电控制策略，旨在提高电容器充电电源的效率和输入电源的利用率。该策略通过半桥模态（充电初期）、混合式模态（充电中期）及全桥模态（充电后期）的协同控制，实现充电电压无缝切换的同时减小充电损耗、提升效率。此外，通过功率器件的复用设计实现模态切换，既满足高压充电需求，又降低了系统成本。基于此，设计并搭建一台650 V/1 A的充电电源样机。实验表明，相比传统PFM恒流充电控制，该策略显著提高了充电电源的整体效率，最大充电效率为96.4%。该方案不仅为电容储能设备的充电系统提供了高效率、低成本的控制路径，其模态切换机制亦可迁移至其他谐振型变换器的设计中，具备广泛的工程推广价值。

为满足高功率脉冲应用对大电流双极性输出及灵活调控的需求，本文提出并实现了一种基于SiC MOSFET并联全桥拓扑的紧凑集成式双极性脉冲电源系统。该系统在单板上集成主功率级、隔离驱动、辅助电源与控制保护模块，兼具高功率密度与良好扩展性。实验结果表明：在50～300 V母线电压下，输出峰值电流与母线电压保持高度线性相关，脉宽调节实现了峰值电流的连续可控，最大增幅达37%。系统可稳定输出高达±300 A的双极性脉冲电流，充分验证了大电流输出与紧凑设计的兼容性。此外，在500 ns脉宽下四管并联的均流不均匀系数为12.87%，验证了协同驱动与独立栅极电阻设计的有效性。研究结果表明，该紧凑集成方案在大电流双极性脉冲输出与参数可调性之间实现了兼顾，为中压条件下高功率脉冲源的小型化与工程化提供了实验依据和设计参考。

高性能等离子体运行下的多尺度湍流与输运研究是磁约束聚变研究中的重要课题。HL-3托卡马克实验装置的等离子体参数范围决定了远红外激光相干散射是多尺度湍流实验研究所需的最佳诊断手段。本文将基于诊断系统的整体设计参数，详细介绍HL-3托卡马克上的远红外激光相干散射诊断系统的窗口设计。多尺度湍流相干散射诊断系统与HL-3装置相关的窗口界面为6号与12号中平面窗口。这是两个大型复合窗口，其中6号复合窗口上高于中平面100 mm的CF100法兰窗口为主激光入射窗口,12号复合窗口上垂直排列的三个CF165法兰窗口为主激光和散射光的出射窗口。窗口的设计主要需要考虑窗口的透过率、尺寸、真空密封与安全的要求。对于入射窗口的设计，其透过率与窗口材料、厚度有关，窗口的尺寸由高斯光束传播特性决定，窗口的厚度与尺寸设定还需要考虑真空密封与安全要求。出射窗口在设计中除了需要考虑以上因素，还需要重点考虑诊断的物理需求。窗口的高度尺寸与诊断系统的波数测量范围密切相关；同时，受磁场与运行模式影响，对于不同的散射角度，散射光在水平方向上存在角度偏移，窗口的宽度设计作出了相应的调整。

哈达玛散斑的投影顺序直接影响欠采样率下鬼成像的图像重构质量与效率。提出了一种基于哈达玛基的递归交叉排序策略，通过逆向解构层级子空间，利用偶数索引映射机制对具有正交纹理特征的散斑进行交错重组，打破了单一方向特征在采样序列中的连续性堆积。通过在理想和高斯噪声环境下的仿真得出，该策略在0～100%全采样区间内有效削减了传统Russian Dolls排序中的质量指标随采样率增加而出现的震荡现象，实现了成像质量较为平滑演进与稳健收敛，且在0～10%低采样率区间内，其重构图像的峰值信噪比相较于Hadamard自然排序平均提升最大约101.7%，较激光模式散斑排序平均提升最大约11.4%，最大提升约3.4 dB，最后设计了光学实验，验证了该策略的效果。这一排序策略或可为实现快速鬼成像提供有效的途径。

激光器中的反应动力学常包含大量激发态物种。激发态物种之间的相互作用与由此导致的数值刚性是激光器数值模拟的一大挑战。通过神经网络建立激发态反应动力学关系回归可有效降低计算复杂度，为更加准确精细的激光器数值模拟提供可能。但激发态反应动力学的复杂性同样要求神经网络具有较强的回归性能。引入了序列神经网络来在较低参数量的前提下提升网络复杂回归的能力，同时提出了统计网络框架来进一步增加网络输出的多样性。所提出的方法在包含16个物种和137个反应的氟化氢振动态反应机理中进行了验证。在验证过程中，同时发现了随机性对网络性能的影响。

钛和钛合金是口腔种植体的主流基体材料，但其固有的表面生物活性不足，常导致骨整合周期延长和成功率受限。飞秒激光加工作为一种非热的高精度表面加工或改性技术，可通过在种植体表面构建微纳结构，有效调控其生物学性能。本文综述近五年来飞秒激光改善种植体表面生物活性的研究进展。首先，阐述通过调控激光功率、中心波长、扫描策略等单一参数构筑特定表面形貌的方法；其次，介绍了飞秒激光与羟基磷灰石沉积、喷砂处理、增材制造等技术相结合的复合加工策略及其协同增强效应；然后，通过与喷砂酸蚀、电化学沉积、等离子溅射等传统表面处理技术的对比，分析飞秒激光在加工精度、热影响区控制、生物相容性及长期稳定性等方面的独特优势；最后，总结该技术当前面临的挑战（如：设备成本、加工效率等），并对未来在个性化种植体制造、多功能表面构建以及与其他先进技术融合等方面的发展方向进行展望。