光纤取样可以降低高功率激光脉冲时间波形测量成本，并提高测量系统抗干扰能力。光纤耦合效率、信号保真度、信号获取率是采用光纤取样测量高功率激光脉冲时间波形的难点。针对大型高功率激光脉冲宽度窄、光束口径大以及输出光束远场漂移量大等特点，设计了一套激光脉冲光纤取样系统，在全口径取样和不降低信号保真度的条件下有效解决了测量系统信号获取率低下的问题，充分保证了测量系统的可靠性。

星光Ⅱ激光装置上建立的紫外探针光系统，用星光Ⅱ的子束作为抽运光源，通过倍频和受激喇曼散射，将波长为1054nm、脉宽约为800ps的激光转换成波长为308nm、脉宽约为60ps、能量为1mJ左右的紫外光，作为激光等离子体诊断的光源。原有探针光系统由于受系统结构不稳定及光束质量较差等因素的影响，不能稳定运行。为了提高系统的运行质量和稳定性，对原系统进行了工程化的改造。通过实验验证，探针光系统输出能量能够达到1mJ左右、脉宽约为30ps、均匀性较好、运行成功率大于90%，这一结论满足了激光等离子体诊断光源的要求。

报导了用纹影法测量远场焦斑的实验结果.远场焦斑经成像透镜放大成像后,由12bit,1 024×1 024面阵科学级CCD相机采集.将一定大小的小球放置在焦斑位置,用以遮挡光斑中心,控制CCD前的衰减可得旁瓣信息,将其与无遮挡光斑拼接,得到焦斑相对强度的完整分布.该方法扩展了焦斑光强测试的动态范围,可探测焦斑约4个量级的光能密度分布,提高了焦斑的测量精度.

为了解决高功率激光装置光束质量诊断系统的自验证问题,研究了基于空间相位调制的径向剪切干涉法综合诊断光束质量的实验应用.该方法理论上只需一台干涉仪且从单幅干涉图中获取光束的近场、相位和远场分布信息.实验结果表明,目前可以得到高分辨率的相位分布,由测量近场和相位恢复出的远场同CCD直接测量得到的远场形态相同,环围能量比曲线相当吻合,不足之处在于只能提取近场较低空间频率成分,还达不到CCD直接测量的空间分辨水平.

惯性约束聚变(ICF)系统中高能瞬态脉冲激光由于脉冲时间短、能量高、波前畸变大,通常的检测方法难于检测脉冲激光波前。提出了一种基于空间相位调制技术可用于近红外瞬态波前高精度检测的环形径向剪切干涉仪。该系统可以以30～150 mm的圆瞳和方瞳口径、对波长为1064 nm的近红外纳秒级脉宽的脉冲激光波前实现共路、无参考面的瞬态、高精度的检测。系统的波前重构理论经过计算机仿真验证,精度达1/1000λ以上;检测结果与ZYGO数字波面干涉仪进行了比对,峰谷值、均方根值均优于1/15λ,并具有很好的可重复性。该系统目前已用于惯性约束聚变系统的脉冲检测,并且该技术适用于各种可见光和红外波段激光。

用单透镜放大成像的方法进行了高功率激光焦斑实时测试。高功率远场焦斑经旋转椭球凹面反射镜取样后,通过单透镜放大成像系统将焦斑像消色差地放大成像到CCD图像采集系统上,通过数据处理得到可靠的焦斑形状和强度分布。该技术成功地解决了大型激光装置在极高功率下的基频和三倍频激光焦斑的实时测试问题,测试结果用其他测试方法得到了验证。

斯特列尔比SR(Strehl Ratio)是衡量一个光学系统光能强度分布优劣的重要评价指标.本文根据激光核聚变中利用修正SR模型,数学推导研究得出了波前位相及振幅信息,获取最大的 SR比的两者匹配条件:即斯特列尔比与波前振幅分布和波前位相的指数函数分布的一致性成正比关系.并对该结论进行了计算机仿真验证.实验根据一有象差波面位相与一组不同的振幅分布函数进行匹配计算:当给定波前位相分布(PV<1λ)时,则不同的振幅分布得到的斯特列尔比从0.92-0.99之间变化.实验结果表明当波前振幅分布与波前位相的指数函数分布一致性越好,系统斯特列尔比越大,并且斯特列尔比主要由波前位相分布决定.该结论说明:虽然激光核聚变中振幅是高阶超高斯型分布的平顶光束,只有当波前位相的均方根趋于零相当于一平面波时则其指数分布与振幅分布达到了好的一致性,才能得到高的SR比.

针对在高功率固体激光器运行中对于光束指向性的严格要求,开展了对星光Ⅱ激光装置子束的角漂测量工作.在实验中采用了微米量级的光学测量显微镜,且在实验数据的统计分析过程当中考虑了激光器的内因和环境因素等外因对角漂的影响,利用均方根的概率统计方法对数据进行处理.研究结果表明,星光Ⅱ子束漂为1.55″±0.72″,基本达到了角漂量小于2″的设计运行指标,能够满足高功率固体激光器的打靶要求.

介绍了星光Ⅱ高功率固体激光驱动器的发展历程和物理实验的进展情况,研制了用于开展激光等离子体中电子密度与电子温度精密化诊断的两束探针光系统.阐述了激光装置中新能源系统的模块化设计方法以及新型集中控制系统的最新研究进展情况,所用方法和所得结论对高功率固体激光驱动器系统的设计具有一定应用意义.

ps激光探针作为激光等离子体诊断的探针光源,它是通过两次倍频和两次受激喇曼散射,将波长为1 054nm、脉宽约为1ns激光转换成波长为308nm、脉宽小于30ps的紫外光.研究结果表明:探针光系统输出能量大于1mJ,脉宽小于30ps,均匀性较好,运行成功率大于90%,满足了激光等离子体诊断的要求.