基于离轴积分腔输出光谱技术（OA-ICOS）设计并搭建一套近红外二氧化碳（CO₂）和甲烷（CH₄）传感系统，用于快速、实时和原位监测环境中的CH₄和CO₂。通过加入射频（RF）噪声源减少离轴积分腔输出光谱中的残余腔模式，从而提高了基于OA-ICOS的CH₄和CO₂传感系统的信噪比、精度和测量灵敏度。结果表明：加入RF噪声源后OA-ICOS系统的测量精度相对于无噪声源的系统提高了2.74倍。由Allan方差结果可知，在加入RF噪声源的OA-ICOS系统中，CO₂和CH₄的Allan方差值始终优于无噪声源的OA-ICOS系统，在1000 s时CO₂和CH₄的探测极限分别为0.55×10^-6和5.78×10^-9，相对于无噪声源的OA-ICOS系统探测极限至少提高了3倍。在5 s的平均时间下，加入RF噪声源的系统中CH₄和CO₂的噪声等效灵敏度分别为1.70×10^-9cm^-1·Hz^-1/2和1.07×10^-9cm^-1·Hz^-1/2。此外，对大气中CH₄和CO₂浓度水平进行了为期4 d的连续监测，以验证所发展的CH₄和CO₂传感器系统的稳定性和可靠性。

为了研究波前畸变对光束指向探测的影响, 采用蒙特卡罗方法分别在整口径和不同口径、不同排布的子口径情况下, 对光束进行了模拟分析。研究结果表明, 当波前畸变的均方根值小于0.163λ时, 光束指向探测误差小于0.5 μrad; 当波前畸变的均方根值小于0.234λ时, 光束指向探测误差小于1 μrad。可选取波前畸变相对较小的子光束区域来计算整口径的光束指向。

在两种不同条件下分别讨论了平行光栅对压缩器输出激光脉冲的时间稳定性，采用数值计算的方法定量分析了光束指向性、折返镜姿态变化、光栅对平移误差等因素对压缩器输出脉冲脉宽的影响以及在不同光栅刻线密度下输出脉冲对这些因素的敏感程度，并给出了不同条件下不同影响因素的误差容许范围。

根据高功率激光装置中波前畸变分段的特点，提出通过构造不同频段的波前畸变来研究相干合成结果与波前畸变之间的关系。以神光-III原型装置的结构和参数为模型，利用蒙特卡罗方法进行了数值模拟，分析了低频、中高频波前畸变对相干合成的影响，并给出了低频和中高频波前畸变与相干合成结果的对应关系。为高功率激光装置中进行波前畸变控制, 实现相干合成提供一种分析思路和理论参考。

在多路激光组合使用的大型激光装置中,需要对不同链路输出的激光进行严格的同步控制,以获得更高能量和更高强度的激光脉冲。介绍了利用光谱干涉方法测量大型激光装置中束间同步抖动的基本原理,分析了光谱仪分辨率、束间固有同步延迟等参数对测量精度的影响。在实验上第一次基于光谱干涉方法获得了国内典型的大型激光装置（神光-Ⅲ原型装置）束间同步抖动数据。实验结果表明,神光Ⅲ原型装置的束间同步抖动优于2 ps。该方法与目前常用的方法（光电管结合示波器测试方法或者条纹相机测试法）相比具有更高的精度。实验获得的结果为超高峰值功率激光相干合成技术路线和相关误差控制方案的选取提供依据。

晶体拼接技术能够克服光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)过程中非线性晶体口径受限问题，从而有效地提高放大器的输出能力。针对晶体拼接中相位匹配角的精确控制和晶体加工误差补偿问题，提出了“独立调整+误差补偿”的OPCPA晶体拼接技术方案，研制了2×2晶体拼接调整机构及2×2能动反射镜，每块子晶体可以进行3个自由度旋转以达到初始拼接角和相位匹配的目的，纳米精度的压电致动器驱动的2×2能动反射镜对晶体加工误差进行补偿。利用透射式元件对晶体拼接系统进行了可行性和稳定性验证，取得了较好的实验结果，证明该拼接调整方案是可行的。

随机并行梯度下降算法(SPGD)是控制多路激光束的相位锁定，实现相干合成的一种有效方式。在分析平移误差和倾斜误差对相干合成(CBC)影响的基础上，建立2×2排布的光束模型探讨了该算法中的增益系数和扰动幅值对平移误差和倾斜误差控制的影响，并对增益系数的优化进行了分析。研究结果表明，要提高相干合成的效果，必须同时校正平移误差和倾斜误差；随着增益系数和扰动幅值的增加，SPGD算法的收敛速度加快，但计算精度降低，系统会发生振荡；自适应更新增益系数是一种有效的参数优化方式，可很好平衡算法收敛速度和计算精度问题。为大型固体短脉冲激光装置中基于SPGD算法进行相干合成研究提供了理论参考。