为了研究宽带脉冲因受外界瞬态扰动而引起的相移随频谱变化的规律,利用啁啾脉冲与扰动在频域上的卷积特性,采取将频谱干涉技术和线性啁啾脉冲相结合,当两束线性啁啾脉冲在频率域相遇时,相同的频谱成分产生干涉,从其干涉图中得到随脉冲频谱变化的相对相移。根据傅里叶变换的频谱干涉技术,对从两束线性啁啾脉冲的频谱干涉图中提取相移进行了数值模拟。结果表明,对假设具有不同类型的相移进行重构,还原出随频谱变化的相位扰动。这一结果对超快光学中的瞬态测量是有帮助的。

在基于超短激光脉冲频域干涉技术的超快激光与物质相互作用的测量实验中，束-束间的延迟时间对瞬态特性的测量至关重要。利用两束脉冲频谱干涉条纹宽度与脉冲相对延迟时间成反比关系这一特性，阐述了通过对脉冲频谱干涉图进行傅里叶变换，在干涉条纹傅里叶变换面(时间域)上测量脉冲延迟时间的基本原理，并给出了测量误差分析，数值模拟结果显示通过傅里叶变换的方式，在频谱干涉图的时间域上可以有效地提取出两束脉冲间的相对延迟时间。

宽带高增益钕玻璃放大器在惯性约束聚变(ICF)激光驱动器研究中具有重要意义。对影响激光二极管阵列(LDA)抽运钕玻璃棒状放大器增益的各因素进行分析, 确立了放大器的优化参量。建立了模拟环形LDA侧面抽运钕玻璃棒状放大器功率沉积过程的光线追迹模型, 并开发相关程序。在模拟计算基础上, 分别优化了LDA直接耦合抽运和LDA准直耦合抽运这两种构型的放大器参数。最后引入了指向误差分析, 比较了这两种耦合方式的优劣, 最终将放大器定为直接耦合抽运方式。按照优化后的结构加工了8.1 kW激光二极管抽运的2 mm钕玻璃放大器, 放大器的荧光分布均匀, 当抽运功率为7.7 kW时, 得到了40倍的小信号增益, 且放大器后增加偏振片时所测增益稳定性较好。

在超快激光与物质相互作用的实验中, 实现单束实时的频谱干涉测量对提高测量精度很重要。基于频谱干涉原理和线性啁啾脉冲瞬时频率与时间的线性关系对啁啾脉冲频域相移直接映射为瞬态时域相移的原理进行了理论研究; 推导出这种频域-时域相移映射模式成立的限制条件。对相移直接映射过程进行了数值模拟和分析, 结果显示, 该方法可以得到具有瞬态特性的时域相移, 具有单束测量的能力; 在微扰和带宽一定的条件下, 增加探测脉冲的啁啾量, 可以减小频域-时域相移映射过程中产生的误差。

在高功率激光二极管阵列(LDA)端面抽运大口径放大器研究中,高效均匀的抽运耦合系统是非常重要的。为了对各种抽运耦合系统进行比较,需要对抽运场分布实现量化评价。依据抽运场分布提出一套评价方法,利用沉积效率、平均抽运密度、调制度、起伏均方根(RMS)值、均匀区尺寸等五项指标对抽运场分布进行综合评价。评价方法中既有统计量(如沉积效率、起伏RMS值、平均抽运密度),又有极值量(如调制度),还有建立在起伏RMS值统计结果基础上且满足一定条件的均匀区尺寸指标,是一套比较综合的评价方法。还提出从抽运场中间小区域开始,逐步向外扩大面积计算各指标,最后得到这些指标的变化曲线,根据这些变化曲线可对不同的耦合系统进行分析比较。对三个抽运场分布进行实例分析,结果表明,提出的评价指标和计算方法能反映出抽运场分布的抽运能沉积效率和分布起伏等关键信息。

为表征SILEX－Ⅰ超强超短脉冲钛宝石激光装置的性能，利用高空间分辨的哈特曼波前传感器实验研究了该系统的光束波前畸变特性。实验中采用俄罗斯科学院激光和信息技术研究所研制的自缩束哈特曼波前测量系统，哈特曼波前传感器的最大入射口径可达95mm，测量精度为0．08μm。得到激光脉冲在压缩前的P－V值仅为0．13λ(λ=800nm)，RMS值为0．02λ；压缩后P－V值为0．63λ，RMS值为0．09λ，并对实验结果进行了分析和讨论。结果表明，该激光装置具有良好的光束质量，其主要波前畸变来源于压缩池。

以随机统计和数值模拟为研究手段,对高功率超短脉冲激光的远场描述方法进行了分析研究.结果表明:对理想超高斯光束,半高全宽内包含的能量百分数最大不超过70%,且随着阶数增大而逐渐降低.在光束质量较好时,远场焦斑的半高全宽基本保持不变.由焦斑的半高全宽计算得到的聚焦功率密度,与半高全宽之间没有明确的关系,但与Strehl比以及半高全宽内包含的能量之间具有明确的线性增长关系.对追求高的功率密度的激光脉冲,单纯用半高全宽或者几倍的衍射极限来描述远场是远远不够的,用Strehl比或者半高全宽内包含的能量百分数来表征功率密度更为恰当.

对BBO晶体Ⅰ类相位匹配倍频过程和KTP晶体XY平面内的Ⅱ类相位匹配倍频过程进行数值模拟,结果表明:Ⅰ类和Ⅱ类相位匹配倍频过程,都可通过引入适量的相位失配量实现稳定倍频输出;随着相位失配量的增大,实现稳定倍频输出所需的晶体长度都变小,倍频稳定输出起伏变小,倍频转换效率有不同程度的下降;相对于XY平面内的Ⅱ类相位匹配倍频过程,BBO晶体的Ⅰ类相位匹配倍频过程对相位匹配偏离角更敏感,且稳定输出时倍频转换效率更低.

在对描述I类相位匹配倍频过程的耦合波进行分析的基础上,发现不同初始条件下倍频过程中基频光和倍频光强度变化情况不相同。当注入倍频光能量不为零,且初始相位满足一定条件时,能量会在基频光和倍频光中循环交换。利用倍频过程中的这个循环过程,提出在倍频过程中注入倍频种子光(简称倍频注入)以实现稳定的倍频能量输出,并用数值模拟计算结果证明了倍频注入方法的有效性。进一步的数值模拟研究结果表明：倍频注入方法中可以通过改变注入的倍频种子光强和倍频种子光与基频光之间的相对相位来调节实现稳定倍频输出所需的倍频晶体长度。

提出利用Ⅱ类相位匹配方法实现稳定倍频输出，并对该方法进行了理论分析和数值模拟。数值模拟是对KTP晶体xy平面内的Ⅱ类相位匹配倍频过程进行的。数值计算结果表明，Ⅱ类相位匹配倍频过程中，当基频光以除最佳入射偏振角之外的偏振方向入射时，倍频强度曲线随倍频晶体长度增加而呈周期性变化；由于这种周期性变化的存在，当基频光起伏变化时，倍频强度曲线会交叉汇聚，出现倍频稳定区；当偏离角(入射偏振角与最佳入射偏振角差值)一定时，随着基频光入射强度的增大，实现稳定倍频输出所需的倍频晶体长度减小，稳定输出时倍频效率不变；当基频光强度一定时，随着偏离角的增大，倍频输出稳定性提高，倍频效率稍有下降。