依靠算法提高光学测量精度的方法和应用越来越广泛，由于刀口法在光学非球面检测中的应用有其独特性，本文提出了在非焦点处采样，对应CCD像面上辅以虚拟光阑调制的刀口法环带，实现定量检测。以检测一个凹球面为例，将其与干涉仪标准方法的检测结果进行对比，其中主要环带位置偏差不超过1%，峰谷（PV）值和均方根（RMS）值误差均在7%左右，可以实现至少λ/15左右的检测灵敏度。该研究为光学车间检测提供了一种定量化检测的新思路，优化了光学加工与检测的效率，为自动化刀口仪的研制奠定了基础。

基于亚纳秒间隔的皮秒激光双脉冲，研究了双脉冲时域整形对K9玻璃表面烧蚀特性的调控规律。当子脉冲间隔为667 ps时，不同形状双脉冲下玻璃表面的烧蚀形貌随激光通量增加的变化规律明显不同，而泵浦通量起着决定性作用。当泵浦通量低于阈值时，双脉冲烧蚀特性基本与单脉冲相似；当泵浦通量在阈值附近时，泵浦脉冲对玻璃表面的微纳米尺度的烧蚀会显著增强探测脉冲的烧蚀效应。当泵浦通量高于1.3倍阈值时，泵浦脉冲在玻璃与空气界面附近产生冲击波，探测脉冲被冲击波的高密度前沿界面反射和干涉，在中心烧蚀区域周围产生了圆环状烧蚀形貌，且圆环分布与探测通量密切相关。双脉冲烧蚀的内径尺寸与泵浦通量相关，而外径尺寸与双脉冲的形状、通量均相关。对比研究了子脉冲间隔为333 ps和667 ps时的等通量双脉冲烧蚀形貌，结果发现：低通量下较小的脉冲间隔可以增强烧蚀效应；高于烧蚀阈值的泵浦脉冲会影响探测脉冲的能量沉积；两种脉冲间隔下环状形貌的不同反映了泵浦脉冲产生的冲击波的传输特性不同。最后基于实验结果讨论了双脉冲序列时域整形进行表面烧蚀调控的物理机制。

高功率激光装置是一个复杂的有源巨型光学工程，其性能指标要求逼近科学技术与物理极限。驱动器研制有物理设计、工程光学和结构工程设计三大过程，工程光学在其中起着重要作用。高功率激光装置工程光学设计需遵循其特有的设计原则和要点，以保证装置的高性能。根据驱动器设计指标和设计特点，从总体光学设计、光束质量控制以及光束打靶精度控制方面，综述了高功率激光装置工程光学设计中的关键科学技术问题以及相应解决方法，为未来高功率激光驱动器的发展提供必要的工程设计参考。

为了解决自动化刀口仪面临的如何搜索并收敛到特征点的核心问题，提出一种基于刀口仪轴向移动的非球面检测技术，实现了在搜索过程中提取环带误差信息，一方面在搜索过程中动态获得波前特性，另一方面可以加速收敛找到特征点。利用所提方法对不同参数的镜面环带误差进行检测，所得带差位置与干涉仪检测结果的相对误差小于3.3%，验证了所提方法的有效性。所提方法为刀口仪的自动化测量提供了一个便捷的解决方案，为进一步提高非球面加工效率提供了技术支撑。

The wedge-shaped lens is the key and special optical component of the final optics assembly (FOA) in high power laser facility. The wedge-shaped lens wedge angle measurement plays a remarkable role in focusing performance of high power laser. If processing angle and work attitude of the wedge-shaped lens deviate from the specific work angle, big surface deviation will be introduced into the FOA. Special shape of the wedge-shaped lens is not conducive to the measurements of the transmission profile and wedge angle. A set of wedge-shaped lens measurement adjustment programmes is proposed, including measurement of the wedge-shaped lens in processing process, and off-line measurement of wedge-shaped lens during alignment and on-line measurement during the debugging process. The scheme can ensure the processing precision and working attitude of the wedge-shaped lens, guarantee the beam quality and the positioning accuracy of the FOA components of high power laser system.

楔形透镜是高功率激光系统终端光学组件的关键元件，也是较为特殊的光学元件，楔形透镜的楔角测量关系着高功率激光的聚焦性能。终端组件中楔形透镜的加工角度、工作姿态一旦偏离了特定的工作角度，终端组件会引入大的面形偏差，楔形透镜特殊的形状不利于楔形透镜面形、楔角的测量。提出了一整套楔形透镜测量调整方案，包括楔形透镜加工过程中的测量方案，楔形透镜安装过程中的离线测量与调整方案，以及终端组件上线调试过程中的在线调试测量方案。该套方案的实施能够保证楔形透镜的加工精度，及组件中楔形透镜能够工作在最佳工作姿态，保障了高功率激光系统终端组件的光束质量和定位精度。

Understanding of the spatial distribution of ultrashort pulse temporal signal-to-noise ratio (SNR) characteristics at the focal spot in large aperture off-axis parabolic mirror focusing optical system is helpful for more accurate understanding of ultrafast laser pulse temporal and spatial characteristics in the ultrafast laser physics experiments. With wave-front error of optical system under consideration, the two-step focusing fast Fourier transform (FFT) algorithm with the coordinate transform based on Fresnel approximation in space domain and Fourier integral transform method in time domain are used to simulate the focusing process spatially and temporally. SNR degradation by wave-front error in large aperture optical system is explained, SNR ratio characteristics influenced by the parameters of the random wave-front error such as error magnitude and space scale are calculated and analyzed, and control requirements for different spectra of optical wave-front error of optical system are put forward. Explicating the relationship between SNR and random wave-front error in large diameter optical system is theoretical basis of designing large aperture ultrashort pulse system and wave-front error control.

理解大口径光学系统离轴抛物面镜聚焦后超短脉冲时间信噪比(SNR)在焦斑处空间分布的特性有助于更准确地认识超快激光物理实验中的脉冲时空特性。利用空间上菲涅耳近似下的分两步聚焦的坐标变换快速傅里叶变换（FFT）算法，结合时间域的傅里叶积分变换方法，引入了光学系统波前误差，对聚焦过程进行时空仿真。解释了大口径光学系统波前误差造成时间信噪比退化的原因，计算分析随机波前误差参数（误差大小、空间尺度）对聚焦时间信噪比的影响，并针对不同频段的光学系统波前误差控制提出要求。明确大口径光学系统中随机波前误差与时间信噪比之间的关系，为大口径超短脉冲系统的设计指标分配与波前误差控制提供了理论基础。

终端靶场聚焦系统中的光学元件上存在不可避免的缺陷致使光场波前发生畸变，根据高功率激光装置终端靶场系统中强光束传输的特点，建立了描述光学元件引入的局域相位调制的模型，研究了终端靶场中具有高斯型相位波前畸变的平顶光束经过透镜会聚，并在后续防溅射板等熔石英介质中经历非线性增长的传输演变过程，详细分析了高斯型相位波前畸变、熔石英厚度和透镜焦距对终端靶场聚焦系统中的近场光束质量的影响。结果表明，高斯型波前畸变越严重、熔石英厚度越长、透镜焦距越短，近场光束质量越差，中高频增长越多。

在惯性约束聚变高功率激光装置中，严重的低频波前畸变会引起空间滤波的小孔截断，降低光束质量。采用相位调制的离焦波前来分析不同程度的离焦对空间滤波过孔和输出光束质量的影响，得到了空间滤波器对波前离焦的容限。在这种模型下的计算结果表明，球面相位因子入射光聚焦光斑焦点位置的偏移距离与其曲率半径成反比，光束质量随着输入光束曲率半径的绝对值减小而降低。对于等焦距11.8 m、小孔半径角200 μrad的空间滤波器，临界频率处畸变波前的球面相位因子曲率半径绝对值不能小于3.5 km。曲率半径为3 km时，相位调制的空间频率小于1.57 mm-1时光束质量会急剧下降。