“热像”是造成高功率固体激光装置光学元件损伤的重要物理机制。理论分析了相位缺陷经过非线性传输引起的“热像”特性,提出了带通成像提取引起“热像”的相位缺陷关键频谱方法,构建具有典型特征的16个相位缺陷,利用3种光路结构,量化分析了“热像”特性与带通成像特性间的关系,并获得了缺陷带通成像的相对亮度与“热像”强度的线性关系,相关程度与光学构型和带通滤波参数有关。研究结果对“热像”预判有重要意义,为高功率激光装置相位缺陷的检测奠定了技术基础。

The SG-Ⅲ laser facility (SG-Ⅲ) is the largest laser driver for inertial confinement fusion (ICF) researches in China, which has 48 beamlines and can deliver 180 kJ ultraviolet laser energy in 3 ns. In order to meet the requirements of precise physics experiments, some new functionalities need to be added to SG-Ⅲ and some intrinsic laser performances need upgrade. So at the end of SG-Ⅲ's engineering construction, the 2-year laser performance upgrade project started. This paper will introduce the newly added functionalities and the latest laser performance of SG-Ⅲ. With these function extensions and performance upgrade, SG-Ⅲ is now fully prepared for precise ICF experiments and solidly paves the way towards fusion ignition.

通过对多种频率转换方案的深入对比分析, 设计了一套兼容多波长及多脉宽高效输出的频率转换系统。采用“Ⅱ+Ⅱ”类双晶体级联的方式, 可以实现“偏振失配”三倍频和Ⅱ类双晶体正交级联二倍频两种模式间的快速切换。通过数值模拟程序优化了晶体构型, 结果表明, 当两块晶体厚度均为10 mm时, 可以兼顾低功率长脉冲和高功率短脉冲对效率和稳定性的需求。

为了缩短惯性约束聚变(ICF)激光装置在靶场区光束引导的总时间为基于光束引导传感器固定子区划分的光束引导方法，提供了引导路径的一种优化方法。通过优化预备子区中心到目标子区中心的角度，最小化对引导总时间有贡献的投射镜的角位移量的总和。以终端光学组件的一种布置为研究对象，以引导目标点为靶室中心的情况为例，介绍了引导路径的优化过程。引导总时间的估计表明，与普通的串行光束引导方法相比，该方法可以很大程度上缩短光束引导的总时间。当预备子区中心与目标子区中心之间的距离为1 mm 时，引导总时间可以缩短为采用普通串行引导方法时的0.518倍。

对于实际的大口径高功率激光器而言，I/II类角度失谐三倍频系统的谐波转换规律常常偏离理想情况。为了研究其实际的谐波转换规律，以便于指导实际情况的晶体调试，研究了各种非理想条件下，比如1 ns高斯脉冲，不同波面半径和晶体损耗对三倍频谐波转换的影响。研究结果表明：高斯形脉冲的三倍频外效率绝对值比平顶脉冲降低了10%；为了追求最高三倍频外效率，由于受1 ns高斯脉冲和三倍频晶体损耗的影响，二倍频晶体的最佳内失谐角是160 μrad而非220 μrad，二倍频内部效率最佳平均值并非为67%，而是在60%~63%左右为最佳，并且晶体损耗越高，二倍频内部效率的最佳平均值越低；功率密度越高，波面半径和发散角对谐波转换的影响越大。

并联靶定位系统是一种新结构型式的惯性约束核聚变(ICF)靶定位系统。在并联靶定位系统工作原理及热传递路径分析基础上建立了系统热平衡方程，对热源进行了理论分析和实验测试，确定了热源输出功率及温度。在此基础上，对并联靶定位机构进行了热分析，获得关键部位温度，为并联靶定位系统结构设计及精度分析提供了理论依据。

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。

终端光学组件是高功率激光驱动器的核心单元之一，承担着频率转换、光束聚焦、谐波分离和测量取样等功能。通过光学和结构设计可以实现终端光学组件的基本功能，满足高功率激光驱动器开展各项实验的基本要求，但是激光导致的终端元件损伤问题和强紫外光传输带来的若干非线性效应是制约终端光学组件总体性能的关键问题。综述了国内外高功率激光驱动器终端光学组件的研究历程，分析了终端光学组件面临的主要问题，并探讨了终端光学组件设计的主要思路。

主要研究大口径KDP晶体的高强度三倍频性能。采用正交偏振干涉法测量了晶体的光轴均匀性分布，并在神光III原型装置上利用快速生长二倍频晶体开展了高强度三倍频实验，验证了折射率均匀性分布对三倍频效率和近场的影响。实验结果表明，大口径快速生长KDP晶体的三倍频性能基本上满足神光III装置的要求，但快速生长晶体的受激拉曼散射增益系数和激光损伤阈值等性能仍有待进一步考核。