为了同时满足激光装置对大口径反射镜面形精度和结构稳定性的控制要求,提出了一种反射镜多自由度解耦的多点夹持方式,通过限位实现对反射镜多自由度的控制,以此避免由夹持带来的附加面形。采用有限元法分析了所提方式的有效性,并通过实验验证了分析方法及该夹持方式的可行性,结果表明采用该反射镜夹持方式带来的附加面形较小,满足反射镜低应力附加夹持面形的要求。在此基础上,对45°倾斜放置的反射镜的面形进行了模拟,探究了不同夹持点位置分布对反射镜面形精度的影响规律,模拟结果表明:为了保证反射镜的面形精度,至少要有一个夹持点位于反射镜的长边。该研究成果对大口径反射镜夹持设计具有重要的指导意义。

为了获得更高质量的观测数据，提高望远镜的工作效率，设计了一套基于倾斜镜校正系统的原理样机，用于提高丽江2.4 m望远镜的闭环跟踪精度。介绍了原理样机的研制，并在2.4 m望远镜上进行了实际测试。结果表明：该系统能实现245 Hz的校正频率，望远镜的闭环跟踪精度提高了7.3倍，其高色散光谱仪的星光耦合效率提高了28.6%，快速测光系统的成像质量得到了明显改善；利用该系统可以满足对天文观测的要求。

使用透射型体布拉格光栅组束两束光纤激光,实现了856 W光谱组束输出.总的光谱组束效率为73.7%,组束光束的横向质量因子为7.9,纵向质量因子为2.7.研究结果显示,虽然体光栅的角色散严重影响衍射光束的光束质量,但其并不影响透射光束的光束特性.由于当前宽谱光纤激光器的输出功率远大于窄线宽输出,使用宽谱光纤激光器(光谱带宽超过4 nm)作为透射光束,能够在不降低组束效率和组束光束质量的前提下,有效提升使用体布拉格光栅进行光谱组束的总输出功率.

晶体拼接技术能够解决光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)过程中非线性晶体口径受限问题，从而有效地提高放大器的输出能力。晶体加工误差补偿是晶体拼接要解决的核心问题之一。对拼接晶体加工误差对光束质量的影响进行了分析，设计了拼接晶体加工误差补偿方案，设计并加工完成拼接晶体加工误差补偿能动反射镜。通过实验验证了拼接晶体加工误差补偿方案的可行性和稳定性，同时证明了该系统满足晶体拼接要求。

为降低惯性约束聚变装置中大口径反射镜在重力作用下附加面型对光束质量的影响，对大口径反射镜镜背支撑技术进行了研究。经支撑结构优化，大口径反射镜由重力导致的附加面型从0.5 μm降为0.26 μm。对大口径反射镜镜体的打孔工艺、镜体与支撑架联接工艺及镜架结构进行了研究，并加工了样机进行验证，从实际测试结果来看，采用的反射镜打孔及粘结工艺对反射镜面型的影响可以忽略，反射镜镜架结构可以满足反射镜支撑要求，反射镜采用背支撑技术可以有效降低重力带来的附加波前。

兆焦耳级高功率激光驱动器是实现激光惯性约束聚变点火的必备手段，光机结构是兆焦耳激光装置的重要组成部分。对美国国家点火装置(NIF)和法国兆焦耳激光装置(LMJ)的总体结构进行了概述和分析，对神光-Ⅲ激光装置的结构特点进行了介绍，并对重要光机模块的结构特点及安装使用情况进行了分析，对总体集成技术和A6的安装集成情况进行了总结。

为获得米量级以上的大口径光栅，光栅拼接技术已被公认为是一种经济可行的方法。而在光栅拼接中，光栅拼接稳定性的控制是核心问题之一，因此，在较高拼接精度的要求条件下(错位误差在纳米量级，角度误差在亚微弧度量级)，寻求有效合理的比例积分微分(PID)闭环控制算法显得异常重要。将基于BP神经网络的整定方法应用到PID控制中，将传统的用零初态时过程加入单位阶跃输出的第一个值用计算符号函数值来代替，实现了单神经元自适应PID控制；在此基础上，为了改善系统响应初期的上升时间，采用变化神经元比例系数的值来代替常量K值的学习算法。通过仿真分析表明，提出的控制算法使系统响应具有好的快速性的同时又不会产生大的超调量；实验结果也表明改进的控制算法能保证其光栅拼接误差控制精度。

光栅拼接是解决光栅口径限制的一种有效途径，而光栅拼接的难点是子光栅的精密调整和稳定性保持。为实现子光栅的精密调整，采用了差动螺纹和压电驱动器两级驱动调整机构，子光栅调整精度可达纳米量级；为提高光栅拼接架结构稳定性，对影响光栅拼接架结构稳定性的因素进行了理论分析，根据分析结果,设计了新型的光栅拼接架，采用整体式支撑结构以提高光栅拼接架的固有频率，用柔性铰链代替弹簧以提高子光栅与光栅支撑架的联接刚度，光栅拼接架的稳定性得到大幅提高。经实验测试，拼接架的稳定时间超过1 h，子光栅间相对位移标准差为35.7 nm，拼接架满足使用要求。

在惯性约束核聚变(ICF)驱动器中，大口径反射镜是关键的光学器件，其稳定性直接影响着光束的指向和定位精度。随机振动和镜架结构参数是影响大口径反射镜架动态响应的主要因素。为明确随机振动激励大小及镜架特征参数对镜架动态响应的影响，实现对镜架动态响应的控制，采用有限元分析软件对大口径反射镜架在随机振动作用下的响应进行了分析，分析了激励功率谱密度、结构刚性和阻尼比等不同参数对大口径反射镜架动态响应的影响。分析结果表明：减小激励功率谱密度和增大结构刚性对减小大口径反射镜结构响应具有相同的作用,增大结构阻尼比效果最明显，但无论是减小激励功率谱密度、增大结构刚性以及增大结构阻尼比，其作用效果都在递减。

光栅拼接是解决光栅口径限制的有效途径，而结构稳定性成为光栅拼接研究中面临的主要难题。目前使用的光栅拼接架稳定性不能完全满足实验需要，为明确影响光栅拼接稳定性的主要因素，采用多通道振动测试仪对环境振动进行了测试，结果表明供热通风与空气调节(HVAC)振动是影响光栅拼接架稳定性的主要因素；采用实测功率谱作为激励，对光栅拼接架进行了优化分析，分析结果表明增加结构阻尼比可以降低拼接架动态响应；根据有限元分析结果，采用高阻尼材料对拼接架运动结合面的连接状态进行了改进，实验表明改进后的光栅拼接架动态响应大幅减小，同时稳定时间得到延长。