对应用于惯性约束聚变(ICF)激光驱动器的新型N41大口径钕玻璃片在高增益条件下的热效应进行了系统研究。实验结果表明，在平均小信号净增益系数达到0.0525 cm-1的高增益情况下，385 mm×385 mm口径范围内两片双程的热致动态波前畸变的峰-谷值约为0.84λ(λ=1053 nm)，处于变形镜校正范围之内；基于目前的冷却方案，剩余波前畸变的恢复时间约为2.5 h，满足系统每4 h发射一次的设计要求；每次发射7 h后，系统内仍存在热气体对流引入的微小畸变；理论预测结果与实验结果一致。该研究为下一代ICF激光驱动器内片状放大器系统的研制提供了实验参考。

在惯性约束聚变(ICF)激光驱动器中，片状放大器系统为装置提供超过99%的能量，是装置最重要的系统之一。大口径高通量验证实验平台(ITB)装置是我国为开展ICF研究而研制的激光装置，单束输出能量达到19.6 kJ(脉宽5 ns，中心波长1053 nm)。介绍了大口径N31 钕玻璃片在ITB 装置400 mm 单口径片状放大器系统中应用的增益特性。实验结果表明，采用尺寸为810 mm×460 mm×40 mm、Nd³⁺离子浓度为3.5×10²⁰ cm^-3的N31钕玻璃片，结合装置片状放大器系统放电回路参数与抽运腔结构参数优化，输出小信号增益系数达到5.28%/cm，增益损耗比为15∶1；360 mm 激光光束口径范围内增益均匀性(最大值/平均值)达到1.063∶1。

大口径高通量验证实验平台(以下简称ITB 装置)是我国为开展惯性约束聚变(ICF)研究而研制的激光装置，单束输出能量达到了19.6 kJ(基频发射波长为1053 nm，脉宽为5 ns)。对大口径N31钕玻璃片在ITB 装置400 mm×400mm 单口径片状放大器系统上应用的热特性进行了实验研究，结果表明：在增益系数为5.28% cm^-1高增益情况下，整个激光链路热致动态波前畸变峰谷值dPV 约为5.3 λ，处于变形镜校正范围之内；结合合理设计冷却方案，剩余波前畸变恢复时间约为2.5 h，满足了系统运行发次间隔为4 h的设计要求。

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。

要实现光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)系统稳定、高质量输出,需要同时对光参量放大和泵浦光倍频这两个非线性过程进行优化设计。在光参量放大系统优化设计中,建立了描述光参量放大过程的多种简化物理模型；通过模拟泵浦光和信号光口径匹配关系,分析了放大信号光空间两维对称性并提出了优化方法；建立了非线性晶体最佳长度确定及调谐方法,以实现信号光输出高稳定性。在泵浦光倍频系统优化设计过程中,提出应用位相失配法实现稳定倍频输出,研究表明这种方法不仅能实现倍频光能量起伏抖动远远小于基频光能量的起伏抖动,而且能减小泵浦光近场调制度和时间波形调制,极大地改善输出倍频光光束质量,进而提高OPCPA系统输出信号光质量。

为研究大口径N31钕玻璃多程激光系统的储能与激光通量和损耗的关系，根据激光放大理论解析解阐述了理论上的最大抽取效率和影响因素；提出采用集中损耗近似方法分析钕玻璃多程激光放大系统的初始储能分配特性(抽取能量、体损耗和剩余储能)，数值模拟表明在目前的增益和损耗条件(小信号增益系数约为0.05 cm-1，动态吸收系数约为0.004 cm-1)下当输入激光通量约为3.5倍饱和通量时可获得最大抽取效率；以典型实验结果为例，利用经过实验考核的传输放大模型给出了大口径N31钕玻璃系统中各钕玻璃片的抽取能量/抽取效率，激光通量与饱和通量的定量关系：在19.5 kJ/5 ns/1053 nm输出点，单片最大抽取能量约为1.4 kJ，此时累计输入激光通量约为3.3倍饱和通量，系统输出效率约为51%(相对光束口径内储能)。

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。