在基于光参量啁啾脉冲放大的拍瓦级超短超强飞秒激光装置中，光参量相位是阻碍脉冲时域压缩的关键因素。对中国工程物理研究院的数拍瓦全光参量啁啾脉冲放大装置（SILEX-II）的光参量相位演化进行了详细研究。研究结果表明，通过光参量放大过程累积的群延迟色散高达532 fs²，三阶色散高达5782 fs³，在未补偿光参量相位的情况下，压缩脉冲的时域峰值强度仅为傅里叶变换极限脉冲的43%。通过调节压缩器光栅间距，补偿了光参量相位的群延迟色散，将压缩脉冲的时域峰值强度增加至傅里叶变换极限脉冲的94%。研究结果为SILEX-II激光装置的脉冲时域压缩提供了有效指导，同时也为未来基于全光参量啁啾脉冲放大技术的10~100 PW高峰值功率激光器的设计提供了依据。

K9玻璃具有硬度高、 热稳定性好、 膨胀系数小以及较高的透过率等特性, 被广泛应用在高功率激光领域。 光学元件污染物诱导损伤问题成为限制高功率激光器发展的瓶颈之一, 深入研究光学元件的损伤机理对于控制损伤的形成具有重要意义。 为探究损伤机理, 利用光谱探测分析对Al2O3诱导K9玻璃激光损伤的机制进行了研究。 即采用EDS能谱探测技术对损伤前后损伤形貌及元素原子百分比变化进行探究, 进而了解损伤过程中发生的物理变化及烧蚀化学变化, 并结合LIBS技术对损伤过程中的电离过程进行诊断和讨论。 实现了对光学元件损伤原理的探究以及光学元件安全的实时监测。 研究结果表明, 在激光诱导污染物至K9玻璃损伤的过程中, Al2O3颗粒形貌发生变化, K9玻璃也有微形损伤坑的出现。 此外, Al2O3颗粒元素原子百分比含量由于颗粒的变形而发生改变, K9基底中含有的Na2O与氧气结合造成了O元素原子百分比含量升高, SiO2会发生气化-凝结成超细颗粒导致Si元素原子百分比的降低。 这些变化直接反映了在损伤过程中发生了高温熔融现象。 电离击穿过程可以采用LIBS进行检测, 得到在损伤过程中有等离子体闪光的特性。 对上述物理过程进行了建模仿真研究, 使用COMSOL模拟分析了在损伤过程中的热传导以及等离子体冲击波在基底内的传播特性。 研究表明在发生损伤的过程中颗粒的温度达到2 800 K高于自身的熔点(2 313 K), 同样, 基底的温度(2 500 K)也高于自身的熔点(1 673 K), 这直接引起相变, 并在后续激光辐照下产生等离子体, 等离子体的高压冲击等作用致使基底微型熔融损伤坑的出现。 模拟分析验证了LIBS技术和EDS能谱分析探究光学元件损伤机制的可行性和准确性, 该方法既可以用于损伤机理的分析, 还可以对高功率激光系统稳定运行实施监测。

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。

在无啁啾激光脉冲的非线性压缩过程中，基于级联倍频机制，对影响脉冲压缩的敏感因素——晶体位相失配量进行了理论分析和实验验证。当入射基频激光（即1ω光，波长为800 nm，脉宽为278 fs）进入I类二倍频β-BaB2O4(BBO)晶体后，随着晶体位相失配量的增加，基频光的输出脉宽先降后升，这种趋势可总结为“U”字形非线性变化；当位相失配量为40 mm-1时，脉宽缩至最小，此时脉宽压缩比最大。

探索了此领域的一种新型技术路线级联倍频压缩，重点分析了级联倍频压缩的物理思想与过程，在再次压缩技术条件的基础上，利用I类二倍频BBO晶体，对波长为800 nm的无啁啾基频光进行了原理验证实验，实现了2~3倍的压缩比，从而证明此技术的可行性，此为下一步的详细研究奠定了基础。

理论研究了影响Sagnac干涉法信噪比提升能力和效率的各项因素。通过控制脉冲的空间分布和衰减片透过率，能够有效提高Sagnac干涉法的效率。Sagnac干涉法提升信噪比的能力与入射脉冲的信噪比有关：入射脉冲信噪比越高，信噪比提升的量级就越大。在SILEX-Ⅰ超短超强脉冲激光装置上建立了实验平台。3 TW压缩器输出的超短超强脉冲光经衰减片进入Sagnac干涉仪，非线性介质为5 cm长的熔石英材料，衰减片透过率为55%。当入射脉冲能量为6.6 mJ时，利用三阶自相关仪测量得到脉冲的信噪比从使用Sagna干涉仪前的10-6提高到了10-7，此时出射脉冲的能量为1.6 mJ，效率为24%。该方法对光束口径没有限制，能够用于大能量条件下短脉冲信噪比的提升。signal-to-noise ratio of short pulse

输出能量的稳定性是超短脉冲激光装置的一个重要指标。为提升SILEX-I超短脉冲激光装置放大前级的能量稳定性，通过实验测量了放大前级的再生放大器和预放大器及其抽运光的能量稳定性，发现抽运光的能量波动对再生放大器的能量稳定性影响较大，是放大前级输出能量波动的主要来源。为解决这一问题，采用Frantz-Nodvik方程和统计方法对抽运光波动造成的主激光波动进行了理论分析和数值模拟。分析了多种稳定性提升措施，如导出延后、饱和放大和多束抽运光抽运等。采用稳幅器件有效地提高了输出能量的稳定性，放大前级的输出能量波动的均方根值从4%左右降到1%以下。

为了提高高功率激光光束质量和改善近场均匀性, 在SILEX-Ⅰ超短脉冲激光装置的泵浦光系统上进行实验, 研究了一种双光子吸收材料的光限幅特性及对激光近场的改善情况。利用泵浦光SAGA激光器输出的激光进行光限幅特性实验。结果表明:该材料具有明显的光功率限幅特性, 且透过率较高, 当入射光强小于0.60 GW/cm2时, 透过率大于90%。在SILEX-Ⅰ装置的泵浦光系统进行联机实验, 研究了该材料对激光近场均匀性的改善。实验结果表明:经过材料后, 激光近场均匀性和调制度有明显改善。using two-photon absorption material1