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。

利用大口径高通量实验平台，同时使用科学光电耦合器件(CCD)和哈特曼测量了大口径片状放大器增益均匀性，并针对这两种测量方法提出了几种相应的处理方法，通过数值计算和分析，详细比较了不同测量方法和后期处理方法对增益均匀性产生的影响,确定了两种测量方法及其后期处理方法的有效性。结果表明，使用科学CCD测量增益均匀性，数据处理时采用多发次求平均再匀滑的方法既可规避测量产生的随机性，又进一步减小了增益分布的空间噪音；使用哈特曼测量增益均匀性，尽量使用点阵超过50×50的哈特曼，微透镜阵列点阵数量过少会降低增益塌边程度。

按照激光放大器能量传输和转化过程, 利用激光速率方程和氙灯辐射方程、光线追迹软件等理论方法和分析计算工具, 对氙灯泵浦钕玻璃激光放大器进行储能效率和能量转换环节的理论分析以及定量、半定量计算, 系统分析各种能量转化与损耗因素对放大器储能效率的影响。理论研究的成果与放大器实验考核的结果相一致。

高功率固体激光装置主放大级钕玻璃片的波前畸变对最终输出光束的能量集中度有着重要影响。通过选择恰当的钕玻璃片姿态，能够使它们的部分波前畸变相互抵消，从而减小最终输出光束波前的均方根梯度(GRMS)值，提高输出光束的能量集中度。研究了通过调制钕玻璃片姿态来减小输出光束GRMS值并提高能量集中度的方法。结果表明，通过随机配置钕玻璃片的姿态，选取输出波前GRMS最小的那种姿态组合，能够有效提高输出光束的能量集中度。选取两组钕玻璃片进行数值模拟，统计得到的GRMS最小值比最大值减小了30%~40%。

在采用啁啾脉冲放大技术的高功率短脉冲激光装置中，终端衍射光栅的损伤阈值是限制装置输出能力的瓶颈之一。提出了测量大口径光栅损伤阈值的方法。该方法通过在线监测采集大口径光斑的同发近场光强分布情况和相应的光栅损伤图像，并经过一系列后期图像数据处理，建立起能量与损伤点的对应关系，经过一个测试光斑便可获得所有通量下的光栅损伤特性。该测量方法对光斑均匀性没有硬性要求，为损伤测量装置中难以解决的光斑均匀性问题提出了新的应对思路和方法。

在高功率激光装置的预放系统中，高增益放大单元提供超过106的增益倍数，极易形成自激振荡，降低光束放大倍数、破坏光学元件。基于高功率固体激光系统自激起振的主要判据，通过分析钕玻璃高增益系统损耗与增益的大小，研究了神光Ⅲ原型装置高增益放大单元的自激振荡问题。分析了系统可能存在的自激振荡腔，指出系统可能存在3个起振的振荡腔。通过采取钕玻璃端面引入倾角、适当的光路调节、加隔离和电光开关等方法，在一定程度上抑制了自激振荡，进行了相应的实验验证，实验结果表明通过上述措施基本消除了自激光问题。

研究了啁啾堆积脉冲的时间精细结构与子脉冲带宽、相位、啁啾量等因素的关系。结果表明:随着子脉冲带宽的微小变化，啁啾堆积脉冲的峰值功率为相同输出能力窄带脉冲功率的1.5~3.0倍；当子脉冲间存在着随机相位扰动时，啁啾堆积的峰值功率约为相同输出能力窄带脉冲功率的3倍。建立了啁啾堆积脉冲的时空非线性传输放大模型，模拟得到堆积脉冲传输过程中的非线性增长因子，并与相同能量的窄带脉冲进行了比较，揭示了啁啾堆积脉冲在高功率激光装置中的传输放大过程中出现的一些新现象以及可能导致的后果。

为了研究待测超短脉冲存在剩余啁啾对2次谐波自相关法测量脉宽产生的影响, 以2次谐波自相关法测量原理为出发点, 采用2次耦合波方程数值模拟计算了中心波长800nm、脉宽100fs的超短激光脉冲存在不同啁啾量时, 经过偏硼酸钡(β-BaB2O4, BBO)晶体Ⅰ类非共线相位匹配进行2次谐波自相关测量对测量结果的影响。分析发现, 正啁啾使测量值比实际值偏大, 负啁啾使测量值偏小; 负啁啾比正啁啾对脉宽测量的影响更大, 当脉冲的啁啾参量C=20时测量误差为23%, 而C=-20时测量误差高达53%; 且测量误差随啁啾量的增大而增大。模拟计算了非线性晶体厚度对脉宽测量的影响, 结果表明, 选取较薄的非线性晶体能够有效控制啁啾量引起的测量误差, 使用非线性晶体的厚度L≤0.5Ld可将脉宽测量误差控制在理想的范围。

报道了一个全光纤的高效率超连续谱产生系统,系统采用增加一段匹配光纤的办法解决增益光纤和光子晶体光纤直接熔接损耗较大的问题,并且对匹配光纤和光子晶体光纤熔接对准过程进行实时监控,使熔接损耗降到最低,从而实现了较高的全系统转换效率(76%)和较好的光束质量。实验研究了超连续光谱展宽的过程,结果显示:超连续谱展宽的初始阶段,拉曼效应和自相位调制效应起主要作用,光谱呈现长波方向展宽较多的非对称性,并出现明显的拉曼斯托克斯峰;光谱继续展宽时,满足相位匹配条件的四波混频开始起作用,拉曼效应产生的加宽光谱成分作为四波混频参量过程的泵浦,使光谱开始向长波和短波两个方向扩展。