超短超强脉冲激光是目前世界上在实验室内产生超高能量密度、超强电磁场和超快时间尺度的综合性极端物理条件的重要手段。在对超短超强脉冲激光发展现状和趋势分析的基础上，针对高能量密度物理等前沿基础科学实验研究多样化的需求，提出研制不同脉冲宽度、三种脉冲激光（两束输出功率为10 PW的飞秒激光、单束输出功率为1 PW@1 Hz的飞秒激光、单束千焦耳皮秒激光和单束万焦耳纳秒激光）协同输出至4个物理实验站形成不同工作模式，实现多种加载-诊断物理实验功能的星光超强激光装置（XG-ELF）的设想。对XG-ELF装置的物理实验设想和主要设计结果进行介绍。建成后的XG-ELF装置将为我国高能量密度物理前沿基础领域中的研究提供先进的研究平台。

能源系统（PCS）为固体激光装置片状放大系统提供匹配的电脉冲泵浦能量, 涉及到高压、大电流的充放电过程, 在这个过程中可能发生电容器短路、高低压母排短路等灾难性故障。针对上述情况, 建立了能源系统及其三种主要故障的数学模型; 通过仿真计算分析了氙灯负载非线性特性对系统模型的影响, 提出了加入补偿参数的修正模型, 并通过实验验证了其有效性; 分析了故障情况下关键元件（阻尼电感、调波电感、储能电容）的耐受能力以及保护措施。

针对串联谐振电容器充电电源具有高阶、多模态、强非线性的特点，提出了一种基于混杂自动机的建模方法，该方法通过描述系统的连续时间变量和离散状态变量之间的关系来展现系统的混杂特性。基于该方法建立了系统的混杂自动机模型，并提出了一种基于上述模型的分段线性充电控制策略，通过搭建仿真模型验证了该模型和控制策略的有效性。

预放系统 20 kJ能源是为激光预放大器棒状氙灯提供泵浦脉冲的能源系统, 是神光 -Ⅲ主机高功率固体激光装置的重要组成部分。预放 20 kJ系统能源触发放电的稳定性严重制约预放系统的调试效率和正式的激光打靶效率。针对预放能源系统在与 A1/A2/A3光束组预放系统棒状放大器联合调试过程中发现存在提前放电、放电不同步和不放电等问题, 开展了预放 20 kJ能源系统触发放电的稳定性研究, 提出了相应的解决措施并通过试验验证, 将 20 kJ能源系统触发放电的稳定性大幅提高。

介绍了神光-Ⅲ主机装置能源系统的功能要求、组成结构和设计方法，以及关键单元器件的功能要求和设计方法。该系统是片状放大器系统的重要组成部分，由6个束组共108套最大储能为1.2 MJ的能源模块组成，总储能达到110 MJ（最大130 MJ）。每套模块产生一个脉宽610 μs(10 %峰值)的电流脉冲，驱动10组、共20支氙灯，为片状放大器提供泵浦能量，峰值电流为0.25 MA。目前投入试运行的36套能源模块的各项电气性能指标满足设计要求，能确保片状放大器小信号增益系数达到5.0%/cm，为片状放大器提供足够的泵浦能量，满足激光器的能量需求。

介绍了用于2.0 MJ激光泵浦源的新型高功率闭合开关系统的主要功能部件及其设计、研制和测试过程, 分析给出了该气体开关系统的关键器件设计所依据的数学原理。在2.0 MJ电容储能的模拟脉冲电源平台上的实际测试表明, 该气体开关系统的峰值通流能力达到500 kA, 单次放电转移电荷量不低于150 C, 累积寿命超过200 kC, 理论上能同时支持20对(40只)氙灯工作。开关本体的石墨电极头还可以更换, 能进一步延长寿命。该气体开关系统的总体性能接近同期国外同类型产品的指标要求。

针对强激光能源系统对Marx触发器的输出性能和可靠性要求，介绍了一种六级的Marx触发器。通过采用多级低电感脉冲形成电路获得了高幅值、陡前沿的输出脉冲，运用实验与概率分析相结合的方法，确定了它的工作参数。实验研究结果表明：这种Marx触发器的误触发率和触发气体开关成功率均符合两参数的威布尔概率分布；当欠压比为65%、工作电压为13.5 kV、工作气压(绝压)为0.35 MPa时，能输出幅值120 kV、前沿20 ns的电压脉冲;该触发器能同时满足误触发率低于0.000 1%，正常触发成功率高于99.999 9%的技术要求。经过长时间现场运行测试，Marx触发器工作良好，无异常现象。

为大型激光装置能源模块研制了一种采用石墨电极的两电极气体开关, 阐述了石墨应用于高能两电极气体开关的技术关键, 对气体开关中气体间隙的最优结构进行了电场强度分析。参考美国国家点火装置(NIF)能源模块中ST-300气体开关的已知参数, 对研制成功的石墨型两电极开关进行了电气特性试验, 证明了石墨型气体开关能够实现峰值电流达300 kA以上, 单次转移电荷量100 C以上, 寿命超过1 000次, 满足1.2 MJ大型激光装置能源模块的工程技术要求。

为了研究掺钕无机惰性液体的配制、光谱和激光特性,采用实验研究的方法,在实验室制备了无机惰性液体激光增益介质Nd-POCl3-SnO2,测试了其抽运吸收和荧光特性;采用氙灯抽运和行波放大的方法实验研究了该液体的增益特性,并进行了初步的自由振荡出光实验。得到了性质稳定的掺钕无机惰性液体,利用该液体作为增益介质的放大器获得了1％/cm的增益系数,激光器实验则获得了中心波长为1051nm、脉宽为83.33μs的自由振荡激光输出。结果表明,掺钕无机惰性液体的配制的必要措施是干燥条件的保证,同时Lewis酸和掺钕浓度对于液体的荧光寿命也起到限制作用,该液体增益介质的光谱特性接近激光钕玻璃,单脉冲工作条件下可以得到稳定的激光输出。