引入材料色散和漏泄模式光线的传输效应，对D．Gloge多模光纤脉冲响应公式进行修正，利用修正后公式数值计算了在闪烁光激励下纤芯半径为0．1mm、长50m的石英阶跃光纤的冲击响应波形，该波形近似-高斯函数，半高宽为3ns，前沿比后沿慢0．8ns，且后沿存在拖尾。用该响应波形通过数值方法得到了闪烁体-光纤系统时间响应波形，与实验结果相比较，两者基本吻合。

提出了一种具有预调制腔、主谐振腔和提取腔组成的多腔轴向提取虚阴极振荡器结构。腔体特性分析表明其在工作频段可以获得更高的提取效率。粒子模拟显示该结构在电压700kV，电流23kA的条件下，可输出功率大于1．7GW，频率4．0GHz，功率效率大于10％的微波。初步的实验研究获得了辐射功率约700Mw，频率约4．1GHz的微波输出。对实验结果的进一步分析表明，通过适当加大器件虚阴极振荡工作区微波管直径的方法可以有效改善器件的谐振性能，从而获得更好的工作性能。

提出了利用角向分区来产生双频高功率微波的思想，并根据常规磁绝缘线振荡器的互作用主要在轴向而与角向无关的物理机制，通过在常规磁绝缘线振荡器内设置谐振腔深度的角向分区，建立了L波段双频磁绝缘线振荡器的模型，并利用电磁模拟软件，优化设计了L波段双频磁绝缘线振荡器。粒子模拟的结果为：在电子束电压为530kV，电流为45．5kA的条件下，得到了稳定的双频高功率微波输出，其微波频率分别为1．28GHz和1．50GHz，周期平均功率约为2．65GW，功率效率约为11％，两个频率的频谱幅度相差约0．4dB。

为了达到最佳的扩束效果和充分利用束流，从多次库仑散射角、能量损失和透射率这三个方面确定扩束器的材料类型。对均方根多次库仑散射（MCS）、质子能量损失和质子的透过率的研究都表明单位面质量下材料原子序数越大，扩束效果越好。再结合成本和适用性确定扩束器的材料为钨。同时，从探测器接收到的质子通量均匀而噪声影响小的角度，确定了扩束器的厚度。研究结果为：没有准直器的情形下，扩束器的厚度为3.1cm；准直器角度为3．0mrad时，扩束器厚度为2．4cm。

为进行PTS装置单路样机激光触发开关的调试，设计安装了相应的电压电流探头。通过对比分析了探头测量结果，解释了开关出口Ddot电压探头波形畸变的原因，并运算得到了正确的波形。Bdot探头得到了与模拟结果符合的电流微分信号和电流信号。实验结果表明：D-dot探头适合MV量级的高电压脉冲测量，但当该探头工作在开关区时，设计中需要对比探头与被测电极以及其它电极的结构电容，只有满足结构电容远大于与其它高压电极的电容时，才能获得较真实的信号。如果结构设计中难以满足该要求，可以采用软件处理方法得到正确的波形。使用B-dot探头输出的电流微分信号可以较为准确地得到开关导通延迟时间，测量误差小于0．7ns。

建立并分析了传输线脉冲变压器的基本电路模型，采用优化次级线电感参数的方法，有效地提高了次级线的阻抗，达到了抑制次级线对输出结果影响的目的。在此基础上，分析并讨论了2种典型的传输线脉冲变压器拓扑结构，在一般情况下，推导了二者输出脉冲电压幅值的计算公式，优化了各次级线电感大小的设计。结果表明，级间无耦合结构从第二级开始电感逐级增加，第n级次级线上电感的最优大小为第二级的（n-1）倍；级间有耦合结构中同一磁芯引起的各次级线电感大小应相同。最后，比较了各类结构的输出，指出级间有耦合结构所需磁芯量最少。

从理论上对直线变压器驱动源（LTD）输出脉冲波形的前沿进行了分析，研究了不同前沿畸变情况下对应的电路参数，并给出了计算方法，得到了相对电压和相对时间的关系曲线。根据理论分析设计了单模块LTD，并根据设计参数进行了数值模拟，模拟得到的输出脉冲前沿约30ris、平顶约130ns、幅值约125kV。最后进行了单模块LTD实验，测得输出脉冲前沿约35ns、平顶约130ns、幅值约125kV的输出脉冲，与模拟结果基本一致。由于负载不完全匹配等因素的影响，波形后沿较差且有振荡，但仍符合设计要求。

利用数值模拟的方法，研究了角向分区比例分别为1：1，1：2，1：3，2：1和2：2的双频磁绝缘线振荡器（MILO）的微波产生特性，得到了“热腔”条件下的微波电场分布，电子的相空间图，输出微波的总功率，以及微波频率随角向的分布变化等特性。为了比较，还给出了对应于双频MILO的谐振腔深度的两种常规的角向均匀的单频MILO的模拟结果。研究揭示了双频MILO内束一波互作用分区分别工作的规律，提高了对双频MILO产生双频率高功率微波的机理的认识，为双频MILO的双频辐射技术和双频微波测试技术提供了依据。

提出了一种采用单电子束实现C波段和X波段微波同时输出的新型相对论返波振荡器，该器件的束波作用区为中间用渐变段隔开的两段盘荷结构。使用Karat软件进行了2．5维全电磁粒子数值模拟，在工作电压为1MV，电流为8kA，导引磁场为3T的条件下，输出微波功率大于1GW，功率效率约为15％，输出的微波频率分别为5．42GHz和9．58GHz，二者频谱幅度相差2．17dB，模式为TEM模。

设计了一种L波段同轴引出电子束相对论返波振荡器，采用KARAT2．5维全电磁粒子模拟程序研究了器件内束-波作用的物理过程，分析了二极管电压和导引磁场对产生微波频率和束-波转换效率的影响。模拟结果表明：该器件在小型化，中等磁场的条件下具有较高的束-波作用效率。在电子束能量700keY，电子束流10kA，导引磁场为1．0T时，器件在频率1．62GHz处获得较高的微波输出，饱和后微波的平均功率达2．2GW，平均效率约为30％，器件最大径向半径仅为5．0cm。