实验研究了不同激光预处理参数对于纳秒激光多脉冲作用下HfO2/SiO2反射膜损伤形态转化的影响。通过对比两类损伤扩张性和对薄膜功能性破坏机制, 提出激光预处理技术的重要意义在于抑制损伤形态转化过程。通过薄膜损伤形态分析揭示了激光预处理作用机制为节瘤缺陷的去除和亚表面吸收前驱体的形成两方面的综合作用。实验结果表明: 预处理后薄膜损伤形态转化特征曲线向更高通量和更多发次方向平移。针对现有工艺下的薄膜, 采用高通量、两台阶的预处理参数组合能够获得兼顾效率的最佳收益, 其零几率损伤形态转化阈值最高可以提升140%。

针对传统的激光诱导损伤阈值测试中存在的耗时问题, 提出了一种利用单发次、大口径光束的介质膜损伤阈值的快速测定方法。该方法以图像处理为基础, 通过坐标变换和栅格压缩, 建立了样品辐照区域内损伤分布与光斑强度分布之间的精确对应关系。基于对大口径光斑辐照区域内损伤信息的快速提取和统计方法, 通过单次激光辐照, 获取了待测区域的损伤阈值。根据此方法搭建了单发大口径光束损伤阈值测试平台, 并对HfO2/SiO2高反射膜损伤阈值进行了单发次测定的验证。

针对航空激光防护技术研究需求, 开展了复合涂层材料的激光烧蚀效应综合研究。采用圆棒固体激光器作为测试光源, 搭建了具有在线温度测量功能的烧蚀实验平台。在此基础上, 对聚碳硅烷(PCS)涂层样品开展了激光烧蚀实验。通过对烧蚀区域形貌和温度数据的对比分析, 证明了PCS复合材料具备显著的激光防护作用。同时, 从理论方面对涂层的激光防护机理进行了研究, 基于材料热传导方程, 建立了激光烧蚀过程的热力学模型, 对温度场变化进行了模拟。研究结果表明, 在复合涂层的保护下, kW级激光仅产生百℃的金属基底升温。

激光预处理是提高激光薄膜抗激光损伤阈值的重要手段。对电子束蒸发方式镀制的HfO2/SiO2反射膜采用大口径激光进行了辐照，并采用激光量热计测量了激光辐射前后的弱吸收值。采用聚焦离子束(FIB)技术分析了激光辐照后薄膜的损伤形态并探究了损伤原因，首次采用扫描电镜拍摄到了节瘤部分喷发时的形貌图，并对其进行了FIB分析，为进一步了解节瘤的损伤过程提供了依据。实验发现，激光辐照过后的激光薄膜弱吸收明显降低，激光预处理有效减少了引起薄膜吸收的缺陷，存在明显的清洗效应; 在本实验采用的HfO2/SiO2反射膜中，激光预处理技术对于祛除位于基底上种子形成的节瘤是有效的，原因是激光辐射过后该节瘤进行了预喷发并不会对后续激光产生影响; 而激光预处理技术对位于膜层中间的可能是镀膜过程中材料飞溅引起的缺陷是无效的，需要通过其他手段对该类节瘤进行祛除。

介绍了一种基于中等口径光斑的新型激光预处理技术。采用基频最大输出10 J的Nd: YAG调Q激光器，获得了直径5 mm、能量密度满足预处理需求的中等口径光斑。较之于小光斑处理方案，采用中等光斑进行扫描，可以显著压缩大口径光学元件的预处理总耗时。为了验证效果，搭建了实验平台，在陪镀片上开展了光斑扫描与损伤阈值测量实验，设计了合理的中等光斑预处理流程，并对阈值提升效果进行了验证。在此基础上，开展了正式元件的预处理实验，采用大行程二维电动位移台，对430 mm×430 mm口径的金属铪蒸发工艺高反膜元件进行了夹持和扫描。实验结果表明，经处理后的高反薄膜元件初步达到了27 J/cm2的阈值水平，证明了该技术对薄膜抗损伤能力的提升效果。

在飞秒太瓦激光装置中，高效率的压缩光栅是获得高峰值功率飞秒激光输出的最重要光学元件之一。虽然光栅安装在无油的真空室内，但当光栅受到强激光的辐照时，真空中残存的气态有机物会被碳化并沉积在光栅表面，使得光栅受到“污染”，衍射效率大大降低。激光辐照累积的热量会导致光栅结构发生变化，甚至会造成光栅的永久损伤。为此发展了用等离子体来清洗光栅表面污染层的方法，实验结果表明该方法非常有效地清洗了光栅表面的污染，提高了衍射效率并避免了光栅的损伤。该方法简单，易于操作，可以安装在压缩光栅真空室上，在不影响真空室里面的光学元件情况下可以实现实时清洗。

介绍了一种用于探测和校正激光阵列相位噪声的新方法。新方法基于探测光强极值算法（DBPIP)，既能用于平移相位差（Piston)的探测也能用于倾斜相位差(Tilt)的探测。从理论上分析了新方法的原理，并搭建了基于能动分块反射镜的两路激光阵列相干合成实验系统加以验证。结果表明，闭环后平移相位差的均方根（RMS）值可控制在λ/19以内，光束倾斜范围控制在25 μrad（约0.5倍衍射极限角）以内。实验验证了新方法用于探测平移相位差和倾斜相位差的有效性，而且新方法能满足相干合成所要求的控制精度。

提出了一种基于能动分块反射镜(ASM)的激光阵列相位控制新方法，用以解决激光主振荡功率放大(MOPA)器相干合成技术中的空间光束倾斜校准与输出端相位调制两大关键问题。介绍了7单元能动分块反射镜实现空间光调制的原理，并采用该器件成功验证了7路光束合成的方案。实验采用六棱反射锥进行光束合成，并采用两套控制回路分别实现了倾斜与平移校正，获得了小于25 μrad和λ/10的校正精度。闭环后，获得了主瓣占总功率31.73%的高质量相干耦合激光输出。

介绍了随机并行梯度下降(SPGD)算法,并设计了基于此算法的两路主振荡并联放大相干合成(MOPA-CBC)实验系统。该系统采用10 W级掺镱光纤放大器引入相位误差,同时采用铌酸锂相位调制器进行校正。开环时,分析了放大器工作在不同状态下系统中的相位噪声。闭环后,得到了稳定的相干合成光束,合成光束的平均亮度提高到之前的1.5倍,相位平移峰谷(PV)值降低到100.8 nm,系统校正精度达到1/(10λ),控制带宽约为100 Hz。实验结果表明,SPGD算法能有效地发挥锁相控制功能。