提出一种新型的低截止电压环形阴极聚焦极控电子枪结构。在传统皮尔斯电子枪和杆控电子枪基础上，创新性地将球面阴极设计为环形发射区和不发射锥体区两部分，以实现更低的聚焦极截止电压，降低调制器单元的开关损耗，提升最大调制频率。研究表明，在导流系数为0.53 μP 的条件下，通过引入不发射锥形体，使阴极的截止电压降低一半，截止电压幅值由1 250 V降至600 V，对应电源调制器的等效调制损耗降低为1/4，可使最大调制频率提高4 倍，对电子对抗和雷达等应用系统的性能提升具有重要意义。

为实现弱信号对比度的高动态范围测量,基于二阶自相关理论,提出了一种实现纳焦级弱信号对比度高动态范围测量的方法。理论分析了能量(功率)、相位匹配和测量噪声对测量动态范围的影响,发现通过对测量噪声能量的光子计数进行探测、精确设置相位匹配过程中的非共线角,并采用聚焦和滤波方式对测量噪声进行抑制,可有效提升测量的动态范围。在此基础上,建立了一台弱信号高动态范围测量系统,利用神光II高能拍瓦激光种子源,实现了纳焦级弱信号1.0×10 11的高测量动态范围,这一数值与理论分析结果相符;同时,实现了种子源4.3×10 8对比度的准确甄别。研究结果对国内高能拍瓦激光系统对比度的提升具有重要意义。

在理论和实验上,分析了皮秒激光脉冲抽运所产生的参量荧光的时间相干特性。通过引入二阶复相干度,理论研究了在信号光与闲频光群速度走离存在的条件下,抽运功率和抽运脉宽对参量荧光时间相干性的影响。计算结果表明适当的抽运功率和较短的抽运脉宽是提升参量荧光时间相干性的重要条件,而过高的抽运功率或者较宽的抽运脉宽则会降低参量荧光的时间相干性。利用周期极化铌酸锂晶体,在实验上对理论结果进行了初步的实验验证。

设计了一种用于替代现有商业化1053 nm飞秒锁模激光振荡器的方案。该方案通过光参量啁啾脉冲放大技术(OPCPA)实现能量放大和波长变换，产生作为基频光的3160 nm中红外激光脉冲，然后利用三倍频(THG)方式，实现高信噪比1053 nm脉冲输出。该方案的应用有望提升拍瓦激光装置的前端信噪比，进而改善整个装置的输出信噪比。

拼接光栅技术是提高高功率激光器输出能量的一条可能途径，为保障高功率激光器光束时空光束质量，拼接光栅角度误差必须小于0.4 μrad，位移偏差小于20 nm。为了满足光栅拼接调整系统的高精度高稳定性要求，设计了光栅拼接旋转角度偏差检测方案用于测量两块相邻光栅之间的相对空间姿态。测量系统测量光束与压缩器主光束同轴，利用相移式干涉仪测量待测光，得到若干干涉图样，通过快速傅里叶变换还原波前得到相邻两块光栅相对空间角度偏差。通过实验验证了检测系统的理论可行性，目前在小口径光束下精度达到0.45 μrad。测量方案结合拼接光栅只需要测量波面倾斜误差的要求，简化了干涉测量光路及图像分析流程，有利于光栅拼接技术的工程化应用。

A novel method for obtaining a single shot multi-point high dynamic range pulse contrast measurement is presented. We use Dammann gratings to generate multiple beamlets by division of amplitude on ultrashort laser pulses. The analysis results show that this method can achieve high dynamic range in pulse contrast measurement on a single shot by using photomultiplier tube (PMT) detectors and the long working distances to minimize cross talk between channels. Some distortion of pulse shape is also analyzed detailedly with the Dammann grating and its compensation grating, which may degrade the pulse contrast measurement in some degree by pulse stretching and spectrum clipping.

解算的主要目的是将全方位图像还原成无畸变的图像。本文根据双曲面折反射全景视觉系统成像特点，提出了一种基于前向映射的全方位图像解算的改进算法。该算法首先采用前向映射空间变换方法将全方位图像的像素映射到虚拟观察平面上，然后利用改进的Shepard 散乱数据插值法复原完整的解算图像，从而避免了在畸变的全方位图像中直接插值引起的图像解算的失真。实验结果表明，该方法不但消除了全方位图像的非线性畸变，而且提高了插值精度和图像灰度曲面的光滑性，使解算图像更接近真实景象。

大型激光装置中的参数诊断系统需要使用缩束系统, 将被测脉冲转换为小口径光束, 以匹配相应的参数测量仪器。由于超短脉冲具有较宽的光谱, 因此在实际使用中会产生色散, 从而影响参数测量结果的准确性。分析了缩束系统的光学特性, 以及取样镜产生的群速度色散(GVD), 为诊断系统的设计提供依据。分析结果表明, 带楔角的取样反射镜与后续光路中使用楔形真空窗口构成了一对棱镜, 产生负的群速度色散。其数值与楔角的大小、传输距离成正相关。对于脉冲宽度大于50 fs的超短脉冲, 可以认为其脉冲宽度没有发生变化。这样就可以知道该参数诊断系统的工作范围。

Pivotal parameters and restricted condition of the grating-size-limited compressor in an ultra-short, ultra-intense laser system are analyzed, and three basic parameters are obtained. An optimal method for compressor to output a maximal pulse energy is developed, and the maximal output pulse energy of the grating-size-limited compressor is given. Compared with the traditional circular beam method, an advanced elliptical beam method is presented, which could be used to output much higher pulse energy, a smaller spot size and a larger focal intensity. Using numerical simulation, the maximal output pulse energy of the 500 mm grating compressor based on the circular beam and the elliptical beam are calculated separately. The results show that the 500 fs, 500 J, 1 PW pulse can be obtained without using tiled grating technology if elliptical beam method is used.

分析了超短超强激光系统中有限尺寸光栅压缩器设计的关键物理参数及约束条件,得到了压缩器优化的三项基本变量。给出了一种输出能量最大化的压缩器优化方法,进而确定了有限尺寸光栅压缩器的最大工作能力。针对传统的圆光束方案提出了改进的椭圆光束方案,增大了聚焦能量,减小了焦斑尺寸,提高了峰值聚焦功率密度。通过数值模拟对500 mm曝光口径介质膜光栅在圆光束和椭圆光束两种方案下的最大输出能力进行分析比较,指出单块光栅在椭圆光束方案下可以实现500 fs,500 J,1 PW的脉冲输出。