在二极管激光阵列（DLA）光栅-外腔谱合成（SBC）系统中，DLA子单元的发散角、指向角偏差等非完善因素会导致子单元光束经外腔反馈后产生串扰，从而降低合成光束质量和合束效率。为深入研究谱合成系统的光束串扰及其对合束特性的影响，建立了DLA在外腔往返的光传输模型，并结合含串扰光注入的半导体激光器速率方程，构建了考虑串扰光影响的谱合成系统的合束效率物理模型。在此基础上，详细探讨了串扰光经外腔往返传输之后的反馈机制及其对合束特性的影响规律，进而分析了谱合成系统DLA子单元间距、透镜焦距和光栅线密度等因素对合束效率的影响，可为DLA光栅-外腔谱合成系统的串扰抑制提供参考。

针对高功率激光装置对靶面辐照均匀性的需求，提出了一种基于宽带激光拍频的瞬时束匀滑技术。激光集束采用宽带激光，利用连续相位板对焦斑包络进行控制，并结合共轭螺旋相位板使得集束中各子束在焦平面处拍频产生旋转周期不同、位置各异的快速运动散斑。合理选择宽带光参数可使得散斑的旋转周期在皮秒至亚皮秒量级，从而达到瞬时匀滑焦斑的目的。通过建立基于宽带激光拍频的瞬时束匀滑技术物理模型，模拟分析了关键参数包括激光带宽和谱线类型对焦斑束匀滑特性的影响和规律，并与双频单色激光拍频技术作了比较分析。研究结果表明，通过合理选取光源谱线类型或增大激光带宽，所提技术可在降低系统要求的基础上增强对激光等离子体不稳定性的抑制，使焦斑实现瞬时匀滑并获得较好的均匀性。

提出了一种基于相位板旋转排布的束匀滑方案，通过在激光集束中以旋转方式排布具有旋转非对称性的相位板，为集束中各子光光束提供不同的空间相位调制，进而利用存在一定波长差的子光束在靶面的动态干涉，使得焦斑内部散斑在多方向、多维度快速扫动，从而达到在皮秒时间尺度内改善焦斑均匀性的目的。以2×2集束为例，通过建立基于相位板旋转排布的束匀滑方案物理模型，分析了相位板参数、排布方式、激光束相位畸变参数以及空间偏差对束匀滑效果的影响。结果表明，在基于相位板旋转排布的束匀滑方案中，仅需同时加工多套参数相同的相位板，即可降低相位板的设计、加工难度。此外，该方案的束匀滑效果受激光束相位畸变、相位板排布方式以及空间偏差的影响较小。

针对惯性约束聚变(ICF)装置中的光路排布和柱形靶腔结构，建立了基于诱导空间非相干(ISI)和消衍射透镜阵列(DLA)联用的宽带激光束匀滑方案的靶腔内光传输模型，进而开展了腔壁辐照特性的分析和优化。在基于ISI与DLA联用的宽带激光束匀滑方案中，主透镜焦距与柱形靶腔参数的匹配至关重要，否则将对不同入射角度集束在腔壁处的光斑造成不同程度的破坏，导致腔壁光斑交叉重叠，从而严重破坏腔壁辐照的均匀性。本文通过分析主透镜焦距和DLA参数等对腔壁辐照特性的影响规律，开展了宽带激光束匀滑方案的参数设计及优化，以改善腔壁辐照的均匀性。结果表明：增大主透镜焦距，可有效保持不同入射角度集束在腔壁处光斑的包络，从而减轻腔壁光斑交叉重叠的现象；合理选取DLA的子透镜数目和子透镜长短轴比例，可以提高腔壁光斑的占空比，并有效减少束匀滑所需的时间；优化内环集束的入射角度，可以避免内环与外环集束在腔壁上交叉重叠。

变形镜在长期工作的过程中,压电陶瓷驱动器因累积疲劳效应会导致其失效,从而导致校正性能的降低。从变形镜的影响函数出发,将失效驱动器的电压置零,采用有限元方法建立变形镜疲劳失效模型,重点分析畸变波前的形态分布、入射光束的类型和驱动器的排布方式等对校正能力的影响。实验结果表明,在部分驱动器失效的情况下,变形镜应当根据高斯型随机畸变波前的形态分布进行失效分析。从低频部分来看,在第1圈驱动器失效的情况下,变形镜对三种入射光束的校正效果几乎相同,当驱动器失效位置在其他圈数时,变形镜对高斯光束的校正效果最差;从高频部分来看,在不同位置驱动器失效的情况下,变形镜对平顶高斯光束的校正效果最佳。

针对高功率激光装置对靶面辐照均匀性和背向散射抑制的要求,提出了一个远场束匀滑方案,该方案利用涡旋圆偏振光的干涉,实现了焦斑均匀性和偏振特性的同步调控。其基本原理是通过对宽带种子光进行选频,使激光集束内的子束出现一定波长差,并采用共轭的螺旋相位板将子光束变换成拓扑荷数相反的拉盖尔-高斯光,进而利用偏振控制器件将其分别变为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光,通过这两子束在焦面上的相干叠加即可实现焦斑局部光强和偏振的快速旋转。建立了基于涡旋圆偏振光干涉的偏振旋转物理模型,分析了焦斑的均匀性和偏振特性随子束波长组合、螺旋相位板拓扑荷数和入射激光束参数的变化规律。结果表明,通过合理选取子束波长组合,所提偏振旋转方案可实现局部光强和偏振的快速旋转,且结合传统的光谱色散匀滑方案后,可在改善靶面辐照均匀性的同时对背向散射进行有效抑制。

针对高功率大遮拦比窄环薄管激光的环域像差校正需求,提出一种基于新型环形边缘驱动变形镜的环域像差校正方法。利用环形边缘驱动变形镜构建自适应光学闭环控制系统,以实现对高功率大遮拦比窄环薄管激光波前的校正。使用新型的环形边缘驱动变形镜来验证所提方法对单一环域低阶像差的校正能力,并分析其对大遮拦比薄管激光的校正效果。实验结果表明,所提的环域像差校正方法能够有效校正大遮拦比窄环薄管激光的波前畸变,显著提高光束质量。