为了得到宽光谱波段范围内光谱可调多色温多星等能量分布的星模拟器光源, 并且达到星模拟器光源的自动标定, 本文从辐度学和色度学出发, 基于最小二乘法, 在400 nm～900 nm光谱范围内, 采用双积分球法, 以白光LED光源为基底光源, 多种不同峰值波长的窄带LED光源对目标光谱进行补偿以实现色温3 900 K～6 500 K连续可调, 星等-1 MV～+6 MV, 1 MV可调的自动标定型多光谱星模拟器光源系统.最后, 在实验室完成了光源系统以及与相应的光学系统形成星模拟器并对其进行装配调试, 所测得的光谱分布和星等值与理论模拟结果以及标准目视星等值进行了对比.星模拟器输出光谱点模拟误差和星等误差分别在±10%和±10%范围内, 满足现阶段星模拟器的使用要求.同时在后期控制电路稳定的情况下, 星等误差可保证在±5%范围内.

要实现光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)系统稳定、高质量输出,需要同时对光参量放大和泵浦光倍频这两个非线性过程进行优化设计。在光参量放大系统优化设计中,建立了描述光参量放大过程的多种简化物理模型；通过模拟泵浦光和信号光口径匹配关系,分析了放大信号光空间两维对称性并提出了优化方法；建立了非线性晶体最佳长度确定及调谐方法,以实现信号光输出高稳定性。在泵浦光倍频系统优化设计过程中,提出应用位相失配法实现稳定倍频输出,研究表明这种方法不仅能实现倍频光能量起伏抖动远远小于基频光能量的起伏抖动,而且能减小泵浦光近场调制度和时间波形调制,极大地改善输出倍频光光束质量,进而提高OPCPA系统输出信号光质量。

在对再生放大系统进行改进的基础上提出类再生放大技术，应用大口径放大器，在腔内增加完全成像系统，对注入整形光束进行任意多次的保形放大。可行性验证实验基于两个低增益、大口径放大器，已达到大于104的系统增益；在注入能量仅为43 μJ能量条件下，实现了大于600 mJ的系统输出能量。验证实验结果表明基于较低增益放大器单元的类再生放大系统，既能实现高增益又能实现大能量输出。

基于SG-Ⅲ主机装置预放系统，提出一套预放系统能量平衡方案，实现了对预放系统输出能量的精确控制。装置运行实验结果表明，预放系统的能量平衡控制精度达到5.47%。通过对影响预放系统输出能量平衡各项因素的定量分析，指出影响预放系统能量平衡控制精度的主要因素是1 Hz重频能量波动，而提高1 Hz重频能量稳定性的关键在于控制前端系统注入偏振能量波动。

根据空间推扫式遥感相机CCD的拼接结构, 提出了利用CCD重叠区域的图像指导自动调焦的方法。首先,介绍了空间推扫式遥感相机的CCD拼接结构;根据推扫式成像的特点, 利用具有并行处理数据能力的现场可编程门阵列(FPGA)同时接收多个CCD重叠成像区域的图像数据, 并计算图像质量评价值。然后, 选取图像质量评价值最大的3个重叠区域作为表决调焦方向的依据。最后, 通过实验分析说明了本方法的可行性。试验中, 相机的推扫频率为10 kHz时, 调焦一步的时间为0.2 s, 表明本文的调焦方法具有较好的实时性。提出的方法为空间推扫式遥感相机的在轨自动调焦提供了可行依据。

在高功率激光装置的预放系统中，高增益放大单元提供超过106的增益倍数，极易形成自激振荡，降低光束放大倍数、破坏光学元件。基于高功率固体激光系统自激起振的主要判据，通过分析钕玻璃高增益系统损耗与增益的大小，研究了神光Ⅲ原型装置高增益放大单元的自激振荡问题。分析了系统可能存在的自激振荡腔，指出系统可能存在3个起振的振荡腔。通过采取钕玻璃端面引入倾角、适当的光路调节、加隔离和电光开关等方法，在一定程度上抑制了自激振荡，进行了相应的实验验证，实验结果表明通过上述措施基本消除了自激光问题。

就高功率激光二极管阵列端面泵浦大口径放大器提出一种新的耦合方式: 激光二极管阵列拟柱面排布, 即所有激光二极管面阵成1维圆弧型排列, 圆弧的圆心在增益介质的几何中心, 其后紧接一个空心导管进行耦合传输。建立了3维光线追迹程序对这种新耦合方式的特性进行模拟。模拟计算结果表明: 这种耦合方式中二极管阵列排布方式灵活, 当二极管阵列面阵单元以1×12(圆弧方向)、2×6(圆弧方向)、3×4(圆弧方向)这3种排布方式排布时, 在较大的圆半径变化范围内均能实现高的输出耦合效率和高的能量沉积效率; 当增益介质紧贴导管输出放置时, 3种方式排列均能在增益介质中实现均匀平顶分布; 当快轴方向所排阵列个数与慢轴方向所排阵列个数之比接近慢轴发散角与快轴发散角之比时, 能获得更好的耦合效果。

基于激光脉冲在增益介质中的放大过程建立了三维放大模拟计算模型,该模型将自由空间传输与光线追迹放大相结合。在增益介质内抽运储能分布具有三维特点、离轴多程放大结构等复杂情况下,该模型能真实模拟放大后输出光束的近场分布。利用该三维放大模型针对一个12程激光二极管抽运钕玻璃放大系统进行模拟计算,计算结果准确地反映了输出光束近场分布。在此模拟结果的基础上能进一步优化多程放大光路。

在高功率激光二极管阵列(LDA)侧面抽运模块研究中,高效率高质量的抽运耦合结构设计非常重要。为了对抽运耦合结构进行优化设计,需要对棒状增益介质内的抽运储能分布实现量化评价。由于用于激光谐振腔和放大光路的激光二极管抽运模块的抽运储能分布要求不同,因此对激光振荡模块和放大模块中的抽运储能分布分别建立了一套评价方法。分别对激光振荡模块和放大模块中的抽运储能分布进行实例评价分析,结果表明,所提出的评价指标和计算方法既能充分反映出放大模块中抽运储能分布的储能沉积效率和抽运均匀性变化情况,也能反映出激光振荡模块中抽运储能分布与谐振腔模分布的匹配程度。