探测器阵列靶是测量激光光斑分布的常用设备, 在高功率激光长时间辐照下阵列靶的取样面板需要更高的抗损伤能力。为了提高取样面板的抗损伤能力，从热设计角度出发，基于Ansys Workbench有限元分析软件，比较了不同厚度、不同热管排布方式以及不同界面传热系数下, 防护取样面板在高功率激光长时间辐照下的温度场和热应力。分析结果表明，添加十字热管排布后，在激光辐照120 s时，6 mm厚度的取样面板耐受峰值功率密度从1470.9 W·cm^-2提高至3632.1 W·cm^-2。该仿真分析为阵列靶防护取样面板的设计提供了有效的理论和数据支持。

精确地测量激光在大气传输后的光斑参数，是研究激光大气传播效应和分析激光发射系统性能的关键技术手段。测量激光远场参数的方法主要包括阵列探测法和相机成像法，目前在激光大气传输效应的测量评估中大都采用阵列探测法。由于探测器阵列靶受物理空间和研发成本等因素的限制不能均匀且高分辨率紧密排布，将造成采样光斑的失真，难以精确地测量远场光斑参数。针对此问题，利用相机分辨率高的特点，设计了一套基于漫反射屏成像法的激光参数测量系统。该系统最小测量分辨力小于0.39 mm，质心位置平均偏差为0.05 mm，测量光斑到靶功率不确定度优于10%。该系统能有效地测量激光发射系统的跟瞄精度和到靶功率，为分析激光大气传输效应和分析激光发射系统性能提供有效手段。

为降低光束质量测量系统中阵列光纤输出串扰导致的测量误差，本文提出了硬件设计与算法构建相结合的串扰校正方法，并就此展开了相关的原理研究与方法验证。首先，基于光束质量测量要求和光纤传光原理分析了阵列光纤的串扰影响；其次，结合朗伯散射原理和实验结果验证了校正串扰的原理：使用朗伯体降低阵列光纤输出光发散角差异，并建立统一的弥散光斑串扰模型，再采用反卷积算法复原到靶光斑；再次，介绍了针对性的反卷积算法原理，并就相关参数的设计展开了讨论；最后，对真实光斑、光纤输出的未校正光斑及已校正光斑进行对比分析，实验验证了校正方法的可行性。实验结果表明：与未校正光斑相比，校正后光斑强度分布的相对均方根误差由36.06%降至4.67%，桶中功率的相对均方根误差由7.79%降低至0.73%，86.5%桶中功率所在束宽的测量相对误差由10.83%降至3.46%，结合校正算法的图像处理和参数计算总时间约为8 s。

探测器阵列靶是测量激光强度时空分布的常用设备，为实现到靶激光参数高精度测量，取样衰减方式是其关键。针对探测器阵列靶散射取样衰减技术，基于双向透射分布函数对毛玻璃等材料透射散射光特性进行研究，推导出散射到探测器感光面激光强度衰减倍率的计算公式。设计了毛玻璃与工程漫射体组合的散射取样衰减单元，结合ABg散射模型，利用TracePro建立仿真模型。结果表明，设计的取样衰减结构可以承受功率密度2 000 W/cm²激光辐照20 s；散射出射角在±5.44°范围内，探测面取样不均匀性约为3.34%；衰减倍率仿真设计结果与实验测量误差约为0.805%。该种散射取样衰减方式具有抗激光损伤能力强、光斑匀化效果好、光强定量衰减及宽光谱响应等优点，具有很好的应用前景。

为了在望远镜设备探测过程中实时调节由环境温度变化引起的光学系统组合焦距偏离，建立了温度与成像焦点位置调节的对应关系。通过理论计算得出卡塞格林望远镜系统组合焦距变化与温度变化的关系，利用步入式可编程高低温箱设计了温度实验，得出系统单位温度焦点位置的变化量，并在实际工作环境下进行了二次标定，得出望远镜设备的离焦量为-0.14 mm/℃。最后，结合理论实验设计了一种基于环境温度反馈的望远镜自动调焦装置，应用于设备外场观测实验，得出自动调焦装置使用前后望远镜系统的成像信噪比。实验结果表明，离焦量与温度变化量具有相关性，调焦装置使用后所成图像的均方根误差由5.056降低为0.729，成像信噪比由41.09提高到49.50。环境温度反馈的自动调焦技术有利于望远镜设备更好地捕捉观测目标，抑制背景噪声，提高信号采集的精确度与参数测量的准确度，增强了外场探测对环境温度变化的适应能力。

无变形镜条件下抵抗大气湍流影响获取几百米至几十公里外目标的清晰成像和点云数据具有重要意义。光场相机是清晰成像和点云计算领域的有力工具，但是它在湍流条件下无法正常工作。同时光场相机技术的主要研究方向集中在如何提高点云的精度和密度，暂无人将其应用于湍流清晰成像。基于相空间光学原理改进了光场相机的信息提取算法，在湍流条件下完成了清晰成像和点云计算。这种算法使用四维密度函数来描述复眼结构，对原始数据的使用更加充分，能够提取物点完整的低阶相位信息，因而，可以抵抗湍流对局部子孔径的影响，稳健地获取目标点云，解算深度图并得到全聚焦清晰成像。根据这一原理设计了光场相机系统，探测室内湍流池后方的目标以及室外湍流下500 m处目标，均获得了4 k以上个物点的准确低阶相位分布，给出了目标的三维点云图和清晰成像。结果表明，该方法无需变形镜系统，也不需要先验信息，是一种稳定工作的解析算法。