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。

光参量啁啾脉冲放大器（OPCPA）是现阶段最常用的超短超强脉冲放大器之一。参量荧光是OPCPA的本征量子噪声，其形成的脉冲底座会大大降低输出信号脉冲的信噪比。采用数值模拟的方法，研究了不同脉宽比和抽运波形条件下参量荧光的演化规律及其对信噪比的影响。计算结果表明，在增益一定的情况下，随着脉宽比的增大，信噪比与效率-带宽积都呈先增大后减小的趋势。存在一个最佳脉宽比，使得两者同时达到最大。脉宽比小于此最佳值时，随着超高斯抽运光波形阶数的增大，信噪比减小而效率-带宽积增大；脉宽比大于此最佳值时，随着超高斯抽运光波形阶数的增大，信噪比增大而效率-带宽积减小。

参量荧光是基于光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）技术的光参量放大器的本征量子噪声。它不具备与主激光相同的时域啁啾特性，在压缩器中形成不可压缩的脉冲底座，降低了激光脉冲的信噪比。在小信号增益情况下，基于解析公式给出了不同抽运波形、不同增益、不同系统带宽和啁啾率情况下参量荧光脉宽的演化规律。结果表明：单级放大器输出荧光脉宽正比于抽运光脉宽；荧光脉宽随着增益的增大而变小；增益一定的情况下，荧光脉宽随着超高斯波形阶数的增大而变大。对OPCPA系统而言，展宽-压缩系统对荧光存在色散展宽的作用，其最终输出荧光脉宽与系统带宽、啁啾率紧密相关。基于拍瓦OPCPA(PW-OPCPA)实验平台进行了相关的验证实验，实验结果与理论具有良好的一致性。

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。

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

超短超强激光焦斑参数的精确测量是深入开展精密物理实验的前提。在SILEX-Ⅰ激光装置上, 采用光学成像法和穿孔法测量了μJ级能量下的激光焦斑特性, 采用光学成像方法得到了激光主瓣大小及能量集中度信息, 通过穿孔法得到了激光能量透过率与不同大小孔径的关系曲线, 并对两种方法得到的测量结果进行了比对研究。研究结果表明, 光学焦斑测量法和穿孔法都可以比较准确地反映激光焦斑的能量分布情况, 得到的能量分布偏差小于10%。

为了提高光束质量和能量集中度, 在SILEX-I超强超短脉冲钛宝石激光装置上进行了自适应光学波前校正系统实验研究, 研究了波前校正系统对波前畸变、远场焦斑及能量集中度的改善情况。该系统基于相位共轭原理, 主要由哈特曼波前传感器、变形镜、电控单元及控制软件等组成。实验结果表明：进行波前校正后, 波前峰谷值从1.885 μm下降到0.438 μm, 均方根值从0.379 μm下降到0.052 μm；远场焦斑有明显改善；超过峰值通量1/e2的区域的能量与总能量之比为72.4%。

有效提高激光脉冲对比度是推动超短超强激光技术发展的一个关键问题。交叉偏振波(XPW)滤波技术基于非线性晶体的三阶非线性特性,可显著提高超短激光脉冲对比度。结合国际上有关XPW滤波技术研究的最新进展,介绍了XPW滤波特性及实验研究结果。最新研究结果表明,采用这种技术可以将超短激光脉冲对比度提高4个量级。内部转换效率提高到50%。