为了提高强激光系统中输出光束的光束质量, 提出了一种利用三光斑来探测离焦的方法, 该方法能够在探测器上横向探测光束轴向上三处位置的光斑尺寸, 通过三光斑间的尺寸关系可计算出光束的离焦量, 进而根据离焦量进行闭环校正。实验中通过调节整形系统对光束的离焦量进行离焦补偿, 使得光束离焦量从(4.9±0.2) mm校正至(0.3±0.1) mm。实验结果表明, 该方法结构简单, 能够测量各种因素引起的强激光的发散会聚度, 给出了离焦补偿的可靠判据, 为解决强激光热效应造成的光束发散提供了一种新方法。

提出了一种利用非球面镜对圆环形光束进行非线性整形的方法，该方法利用两个高次非球面镜片小角度放置组成光束变换光路，能够在几乎不损失功率的情况下灵活调整环形光束的遮拦比和强度分布，也能够实现空心光束和实心光束的相互转换，且镜片加工难度低。实验结果表明，利用该方法搭建的光路与理论分析结果吻合较好，能够较好地对光束进行非线性整形。

针对变形镜自身受强激光辐照后热变形问题, 利用ANSYS的多物理模型建立了变形镜的热机械模型并进行了计算。针对受强激光辐照后变形镜吸收了部分热量并产生了0.9 μm的变形量, 根据该变形镜热畸变分布特征, 提出了一种利用补偿镜对热畸变进行补偿的方法, 即在一个薄型镜面背后用一些约束头固定构成补偿镜, 放置在变形镜的后续光路中。约束头在补偿镜上的位置与极头在变形镜上的位置对应错开分布。对三种不同形状约束头的补偿镜进行了计算, 补偿后综合变形量降低到0.35, 0.32和0.40 μm。利用光束传输因子(BPF)对理想光束通过补偿镜后的效果进行评价, 结果表明通过三种补偿镜后BPF值从0.906提高到了0.966, 0.971和0.957。进一步的计算表明, 补偿效果受约束头尺寸的影响较小。

为得到近场光束强度分布对激光束光束质量的影响程度, 利用快速傅里叶变换算法对实验中测得的高能化学激光器产生的光束实例进行了计算。本次数据采集所用的激光器腔型为正支共焦非稳腔, 最终输出的光束为空心的方环形。利用 F因子对激光束近场强度均匀性进行了评估, 并使用光束质量因子茁值对一系列远场光斑的光束质量进行了评价。由计算结果可以得出, 在本次实验样本中近场强度分布对激光束的光束质量茁值影响在 1.2～1.4之间。

利用快速傅里叶变换算法和薄层增益近似方法，在Matlab计算平台上，对大长宽比正支共焦有源谐振腔进行了数值模拟。得到了长宽比为3.6∶1的大功率化学激光器输出的近场模式强度和相位分布，以及理想聚焦下的远场光斑的强度分布。给出了由非均匀增益引起的强度分布不均对远场光斑的影响。得到的近场图像结果和实验结果基本一致，表明本方法可以对大长宽比矩形腔的输出模式进行仿真，从而为激光器的光束质量改善提供计算参考。