设计了一种并联双晶体高速快脉冲源，用于激光物理实验中预脉冲的高速削波。该削波脉冲源采用升压工作模式，由光电转换模块、高压电源模块、开关器件及电路等部分组成。光电转换模块将光信号转变为开关通断信号，用于控制高压脉冲输出；集成的高压电源模块和开关器件简化了电路设计，增加了该电源的可靠性；设计合理的开关电路和元件参数，保证稳定输出符合要求的高压脉冲波形。该快脉冲源的输出脉冲幅度大于4 000 V，下降沿小于10 ns，时间抖动小于1 ns，已成功用于激光物理实验预脉冲的削波。

在惯性约束聚变(ICF)激光驱动器中，片状放大器系统为装置提供超过99%的能量，是装置最重要的系统之一。大口径高通量验证实验平台(ITB)装置是我国为开展ICF研究而研制的激光装置，单束输出能量达到19.6 kJ(脉宽5 ns，中心波长1053 nm)。介绍了大口径N31 钕玻璃片在ITB 装置400 mm 单口径片状放大器系统中应用的增益特性。实验结果表明，采用尺寸为810 mm×460 mm×40 mm、Nd³⁺离子浓度为3.5×10²⁰ cm^-3的N31钕玻璃片，结合装置片状放大器系统放电回路参数与抽运腔结构参数优化，输出小信号增益系数达到5.28%/cm，增益损耗比为15∶1；360 mm 激光光束口径范围内增益均匀性(最大值/平均值)达到1.063∶1。

在聚龙一号脉冲功率装置上首次完成了对带正弦扰动铝套筒Z箍缩的X射线背光照相实验。实验采用千焦耳激光器(1053 nm,1 kJ,1 ns)驱动固体靶材产生X射线,然后利用基于球面晶体的单色背光照相技术以及直接点投影背光照相技术,成功观测到约7.5 MA电流驱动条件下,Z箍缩铝套筒的外边界不稳定性发展情况。该实验验证了在聚龙一号装置上联合千焦耳激光器开展X射线背光照相实验的能力,为后续精密Z箍缩物理研究奠定了基础。

大口径高通量验证实验平台(以下简称ITB 装置)是我国为开展惯性约束聚变(ICF)研究而研制的激光装置，单束输出能量达到了19.6 kJ(基频发射波长为1053 nm，脉宽为5 ns)。对大口径N31钕玻璃片在ITB 装置400 mm×400mm 单口径片状放大器系统上应用的热特性进行了实验研究，结果表明：在增益系数为5.28% cm^-1高增益情况下，整个激光链路热致动态波前畸变峰谷值dPV 约为5.3 λ，处于变形镜校正范围之内；结合合理设计冷却方案，剩余波前畸变恢复时间约为2.5 h，满足了系统运行发次间隔为4 h的设计要求。

惯性约束聚变（ICF）激光驱动器中，准确测定片状放大器系统增益均匀性是装置系统设计的基础。本文基于CCD成像法实验测量了我国第一台单束输出能量超过万焦耳的ICF激光驱动器—大口径高通量验证实验平台片状放大器在5.28%/cm高增益情况下的增益均匀性。实验结果表明，在平均小信号增益系数为5.28%/cm情况下，通光口径范围内增益均匀性为1.09∶1（最大值/平均值），360 mm×360 mm光束口径范围内增益均匀性为1.06∶1，满足装置19.6 kJ/5ns大能量输出设计要求。

氙灯抽运将导致钕玻璃内产生不均匀温升，这是产生应力退偏的根本原因。热致应力退偏效应将直接降低系统效率、影响光束质量，因此确定片内的温度分布以及应力分布，准确预测由此带来的光束退偏特性并合理设计光束填充因子是十分重要的。介绍了我国第一台单束输出能力超过万焦耳的惯性约束聚变激光驱动器中大口径高通量验证实验平台片状放大器的热致退偏效应，通过理论模拟计算获得了钕玻璃片内三维温升分布、应力分布与由此导致的退偏分布特性，结果表明，片状放大器在5.28%/cm平均小信号增益系数输出的情况下整个光束口径内的应力双折射是很小的，但方光束的四个角部处的应力双折射较严重，最大的退偏量约为0.13％，该结果与劳伦斯·利弗莫尔实验室实验测得的结果基本一致。输出的激光近场结果表明，片状放大器热致退偏效应可满足大能量装置输出设计要求。

通过对多种频率转换方案的深入对比分析, 设计了一套兼容多波长及多脉宽高效输出的频率转换系统。采用“Ⅱ+Ⅱ”类双晶体级联的方式, 可以实现“偏振失配”三倍频和Ⅱ类双晶体正交级联二倍频两种模式间的快速切换。通过数值模拟程序优化了晶体构型, 结果表明, 当两块晶体厚度均为10 mm时, 可以兼顾低功率长脉冲和高功率短脉冲对效率和稳定性的需求。

要实现光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)系统稳定、高质量输出,需要同时对光参量放大和泵浦光倍频这两个非线性过程进行优化设计。在光参量放大系统优化设计中,建立了描述光参量放大过程的多种简化物理模型；通过模拟泵浦光和信号光口径匹配关系,分析了放大信号光空间两维对称性并提出了优化方法；建立了非线性晶体最佳长度确定及调谐方法,以实现信号光输出高稳定性。在泵浦光倍频系统优化设计过程中,提出应用位相失配法实现稳定倍频输出,研究表明这种方法不仅能实现倍频光能量起伏抖动远远小于基频光能量的起伏抖动,而且能减小泵浦光近场调制度和时间波形调制,极大地改善输出倍频光光束质量,进而提高OPCPA系统输出信号光质量。