拍瓦激光系统中剩余的高阶色散导致了脉冲波形的振荡，影响了拍瓦激光的信噪比。为了进一步优化拍瓦激光的信噪比特性，满足激光加速电子、质子等粒子的效率提升需求，本文提出了一种基于双折射晶体的新型超短脉冲的三阶色散主动调控方法，用于信噪比的主动调控。通过数值分析模拟了双折射晶体引入的二阶色散、三阶色散，针对中心波长为1053 nm的拍瓦激光系统，选择适当的晶体厚度，可以通过调节双折射晶体的面内旋转角改变系统剩余三阶色散。同时，基于神光Ⅱ第九路拍瓦激光系统光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）预压缩的信噪比测量值，对比了不同量级剩余三阶色散对脉冲信噪比的影响，得出通过改变拍瓦激光系统中剩余三阶色散量，可实现不同量级信噪比的主动调控的结论。该研究结果对于高能激光系统剩余三阶色散的补偿以及信噪比的优化具有重要意义。

提出一种基于全光纤光谱干涉的多路超短脉冲大动态范围时间同步单次测量方法,弥补了非线性相关法测量同步状态时测量范围小和示波器测量时分辨率差的不足,解决了同步测量中空间光路的复杂性和单次实时测量的难题。首先对多路光纤阵列干涉测量进行仿真计算,然后设计四路脉冲传输的光路并在实验中验证多路同步单次测量方法的可行性,最后详细分析测量误差的来源和影响。该测量方法的最小同步时间精度为5.3 fs,测量范围为1.055~14.751 ps,与仿真结果有较好的一致性。该测量方法具有光纤链路易于集成、光谱干涉数据处理速度快、测量信号能量需求低等优势,在多路超短脉冲激光相干合束系统中有重要应用前景。

高功率超短脉冲激光系统中,空间滤波器透射元件引入的色差会影响系统的聚焦功率密度。针对这一问题,提出一种具备动态调节能力的色差预补偿方案。该方案由正负透镜和反射系统构成共焦像传递系统,能够实现全系统色差的动态精确补偿。基于该方案为神光-II 5 PW(SG-II 5 PW)激光系统设计并搭建了色差预补偿光路。实验结果表明,通过精密调节该单元内部透镜间距能够精确补偿全系统的色差,显著提升系统峰值功率密度。经过色差补偿后,在SG-II 5 PW系统开展质子加速实验,获得了超过16 MeV的质子产额。

利用新型准直远场探测包光栅元件的双向衍射, 实现了空间滤波器的小孔准直, 特别是对同一段光路中两个空间滤波器的小孔对准.该方案克服了传统滤波器对小孔尺寸的限制并满足远场准直包高稳定性的要求, 在光路远场准直的同时实现了小孔中心位置的监测与准直调整, 并在以色列项目中得以成功应用, 装置实验结果表明: 针对装置15倍衍射极限大小的小孔, 对准精度小于小孔直径3%, 满足装置器件小孔对准调试小于小孔直径4%的要求.

高能拍瓦激光的高精度脉宽测量对离轴抛物面镜焦斑功率密度的诊断以及光栅损伤阈值的分析都具有重要意义。分析了光束指向性和近场分布的周期性调制这两方面的误差影响。结果表明, 当反射镜稳定性在5 μrad时,光束指向性的误差最大为0.03%。当近场调制周期增加时, 误差降低; 而调制度增加时, 误差增大。另外, 采用镜像结构能降低近场缺陷导致的测量误差。当调制深度为1.5、调制周期大于10时, 综合误差小于20%, 最小可降至10%。镜像结构的误差均小于15%, 最小可降至0。在拍瓦级激光脉宽测量实验中, 证实了近场调制对于脉宽测量的影响及改善效果。

提出了一种谐振腔振荡式单次脉冲信噪比测量技术，通过精确设置谐振腔长度、两谐振腔之间的光程差、高反镜的反射或透射率，可简便地实现信噪比测量中高动态范围、大时间窗口和高时间分辨率三个关键指标。同时，采用全口径光束测量，保证了测量信号的高保真度。从理论上分析了谐振腔结构的各种功能和稳定性，以及色散引起的误差影响，在谐振腔中引入楔形高反镜，避免了次脉冲噪声的产生。理论上，该种结构可以实现1010，甚至更高信噪比的测量，而且能达到百飞秒的高时间分辨率。

Aiming at the disadvantage that the traditional measurement technique is sensitive to the incident direction of incident light, a beam-split technique of high power laser multi-parameter measurement based on integrating sphere is proposed. Numerical analysis and simulation about attenuation rate, time waveform of emergent light, and time waveform recovery of incident light are carried out by Monte-Carlo method, which validate the feasibility that the integrating sphere can be used as beam-splitter in laser measurement system. The energy and time waveform of nanosecond laser is measured based on integrating sphere. The theoretical analysis matches well with the experiment result. Experiment and simulation results show that spectrum parameter, energy parameter and time parameter of incident light can be recovered by measuring the parameters of the emergent light, when the light-split technique is used in laser parameters measurement. The proposed technique can conquer the disadvantage that the incident direction of incident light has great influence on the parameters of the emergent light in traditional technique. The proposed technical proposal possesses small volume and is easy to integrate, which can be used in modular design of multiple beam high power laser parameters measurement system.

A measurement technique of signal noise ratio based on resonator oscillation for single-shot pulse is proposed. Through precise setting of the resonant cavity length, optical path difference between two resonant cavities, and the reflectivity or transmittance of the high reflectivity mirror, the three key indicators of high dynamic range, large time window and high temporal resolution are easily realized. Meanwhile, high fidelity of measurement signal is guaranteed using full aperture beam measurement. Theoretically, various kinds of function and stability of the resonator structure are analyzed. Influence of errors introduced by dispersion on results are also analyzed. High reflectivity mirrors with wedge-shape are introduced in the resonator cavity to avoid the noise of minor pulses. In theory, the measurement of high signal noise ratio (1010) ,even higher signal noise ratio, and high temporal resolution of hundred femtosecond can be realized in this construction.

针对传统测量技术对入射光入射方向敏感的缺点，提出了一种基于积分球的高功率激光多参数测量的分光技术。采用蒙特卡罗法对衰减率、出射光时间波形特性、入射光时间波形恢复这三个方面进行了数值分析和仿真，验证了积分球作为激光测量系统中的分光元件的可行性。利用积分球对纳秒激光的能量和时间波形进行测量，实验结果与理论分析相符。实验与仿真均表明在激光参数测量中采用该分光技术，通过测量出射光各项参数可以恢复入射光的光谱参数、能量参数、时间参数，克服传统技术中入射光的入射方向对于出射光的各项参数有较大影响的问题。该技术方案占用空间小、易于集成，可用于多路高功率激光参数测量系统的模块化设计。