研究高斯光束经螺旋相位板和轴棱锥产生高阶贝塞尔-高斯涡旋光束的离轴传输情况,对于离轴高阶贝塞尔-高斯光束的成因、 光强分布操控、光斑定位等实际应用具有一定的理论指导意义。利用菲涅尔衍射积分的卷积算法(Triple fast Fourier transform, T-FFT)对离轴高阶贝塞尔-高斯涡旋光束进行仿真分析,着重研究了螺旋相位板和轴棱锥的错位参数、拓扑荷数 以及传输距离等参数对光束带来的影响。分析表明:离轴高阶贝塞尔-高斯光束具有不均匀的光强分布,由于轴棱锥的偏移, 光束会整体发生偏移,传输不同距离光强不均匀分布情况不同,不同的拓扑荷数只影响光斑的扩展,螺旋相位板和轴棱锥离 轴参量值的多种组合会导致多种不同的光强分布情况,甚至出现暗核偏移。

为解析脉冲激光对靶材的破坏效果与激光各参数之间的关系, 提出了一种基于数值计算方法的仿真模拟方案, 开发了一套脉冲激光辐照靶材的热-力效应数值仿真软件。采用对照法, 分别对激光功率、激光能量、激光光斑大小、脉冲宽度和间歇时间等五个参量进行控制, 对比不同参数条件下激光破坏靶材的效果, 讨论并得出了优化脉冲激光破坏靶材的方法。仿真结果表明, 激光能量和功率密度与破坏效果之间是非线性关系, 随着二者的增加, 对破坏效果的边际加强效果减弱; 随着间歇时间的增加, 破坏效果先增大后减小。对于确定的靶体目标, 通过增加脉冲激光的输出能量和功率密度, 减小光斑半径, 调整脉冲间歇时间, 可以使得脉冲激光辐照靶材的破坏效果达到最佳。

脉冲激光辐照靶材作用机理的研究在激光加工等领域具有重要的科学意义和应用潜力。为了直观体现脉冲制式强激光对靶材的破坏优势，考虑靶材本身、入射激光因素对激光辐照靶材的破坏作用的影响，利用有限容积法对激光辐照靶材的作用过程进行模拟，重点研究了脉冲激光与靶材相互作用的机理，建立了数学模型，得到了三种不同形式的脉冲激光辐照靶材的温度场及作用过程。实验结果表明，脉冲激光辐照靶材可分为升温、熔孔和熔孔深径比增加三个阶段，且重复频率脉冲激光对靶材的破坏效果大于间歇脉冲激光。

设计了由负轴棱锥、折射率匹配液、正轴棱锥组成的浸液式组合轴棱锥.理论分析表明: 浸液式组合轴棱锥系统与传统轴正棱锥等效, 同时可有效提高最大无衍射传输距离；系统产生的最大无衍射距离与负轴棱锥的底角、折射率, 匹配液的折射率, 正轴棱锥的底角和折射率这五个量有关, 极大地增加了系统设计的灵活性, 拓展了光学材料的选择范围, 降低了光学元件的加工难度.

为了解决板条激光器输出激光光束质量不高的问题，建立了激光在板条激光模块中沿“之”字形光路传输时的热致波前畸变模型。对热致波前畸变的分布特点进行了研究，并提出了一种减小热致波前畸变的方法。数值仿真结果表明，通过合理的光路设计，优化激光以同一角度两次进入板条介质时的位置偏移量，可以达到减小板条厚度方向上热致波前畸变的目的。