高功率激光装置是一个复杂的有源巨型光学工程，其性能指标要求逼近科学技术与物理极限。驱动器研制有物理设计、工程光学和结构工程设计三大过程，工程光学在其中起着重要作用。高功率激光装置工程光学设计需遵循其特有的设计原则和要点，以保证装置的高性能。根据驱动器设计指标和设计特点，从总体光学设计、光束质量控制以及光束打靶精度控制方面，综述了高功率激光装置工程光学设计中的关键科学技术问题以及相应解决方法，为未来高功率激光驱动器的发展提供必要的工程设计参考。

在激光惯性约束核聚变(ICF)实验中,为了满足打靶光束动态聚焦的需求,提出了通过时空复合激光预放大系统实现动态聚焦的技术路线。基于菲涅耳衍射传输理论,利用快速傅里叶变换的数值模拟方法,建立了时空复合光束的传输模型,分析了滤波器小孔尺寸、软化因子、消光比以及相位差等多种因素对时空复合光束传输效果的影响,并进行了实验验证。初步实验结果与模拟结果较为吻合,这可有效支撑对时空复合光束各项传输参数的优化,为后续时空复合光束的传输放大提供指导。所提出的技术下一步将用于高功率激光装置预放段的时空复合系统,支持高功率激光装置动态聚焦打靶实验研究。

基于光寻址空间光调制器的等效电路仿真及稳定性测试实验,对纯相位型光寻址空间光调制器的稳定性进行分析和优化。结果表明,光阀液晶层的电压脉冲波形会引起光寻址空间光调制器对读出光的相位调制波动,而驱动电压频率与写入光强度同时影响相位调制波动幅度及相位调制量。由实验测量得到的光寻址空间光调制器的相位改变量曲线可知:当驱动电压周期比响应时间小95%时,最大相位改变量对应的相位波动率减小为0.35%,但此时相位调制能力仅为0.8λ;通过优化光寻址空间光调制器驱动条件参数,可获得1λ的相位调制能力,同时最大相位改变量对应的相位波动率为1%。

对电寻址振幅型空间光调制器(SLM)在高功率激光系统中存在的问题进行了分析。理论分析了电寻址空间光调制器的黑栅效应对光束近场光束整形效果的影响, 提出了通过优化空间滤波器的小孔参数获得最佳整形效果的技术方案, 并计算了小孔滤波后的能量利用率。同时, 分析了液晶空间光调制器的开口率对光束整形的影响, 为了提升近场整形精度, 空间光调制器的开口率最好大于64%。研究了纯振幅型空间光调制器调制过程中引入的相位畸变, 从理论分析和实验验证两方面得出了附加相位分布图, 计算得出最大附加相位为0.135λ,对激光装置的影响在可接受范围之内。

The development of the optically addressed spatial light modulator (OASLM) was reported. Its structure and working principle was introduced in detail. Meanwhile, the photosensitive response curve, static wave-front distortion and temporal waveform distortion was investigated in detail in the process of experiment. Besides, OASLM was successfully demonstrated in the online experiment. The results show that OASLM not only has the ability to achieve the desired transmittance distribution, but also has no additional effect on the high-power laser system. Finally, the shaping effect of spatial filter in the laser system was analyzed. The result shows that the size of spatial filter was also an important factor which determined the shaping precision when this device was used in high power laser systems.

报道了自研的光寻址空间光调制器的最新进展, 介绍了器件工作原理与结构, 并对其光敏响应特性曲线、静态位相波前畸变、透射时间波形畸变的离线测试结果进行了报道, 同时也利用该器件在高功率激光装置上进行了在线测试。结果表明, 该调制器可以根据需求实现所需的强度透过率分布, 而且对高功率激光系统没有引入附加的影响。最后, 结合该调制器的实际使用环境, 分析了激光系统空间滤波器对整形效果的影响, 说明在高功率激光系统中使用该调制器时, 空间滤波器尺寸也是决定光束整形精度的重要因素。

对掺铁铌酸锂晶体在高功率超短脉冲激光照射下的光折变指数进行半定量的理论计算并实验验证。由理论计算得出在高功率超短脉冲激光(0.33 mJ,10 ps，527 nm)作用下，掺铁铌酸锂晶体的折射率指数变化量达到10-4量级，在几个纳秒的弛豫时间后降低到10-5量级。实验采用同样的超短脉冲平顶激光，经过空间整形，形成空间强度分布为直角三角形的激光光束，照射掺铁铌酸锂晶体发生光折变，产生直角棱镜，使得经过瞬时光折变棱镜的1053 nm脉冲信号光发生偏转，根据偏转的角度计算出的折射率指数减小量为10-5量级，理论计算与实验结果较为相符。这项研究表明利用掺铁铌酸锂晶体的瞬时光折变效应将有望实现全光条纹相机对短脉冲时间特性的测量。

为了更深层次探究超短脉冲激光对惯性约束聚变(ICF)光学系统中常见的多膜层元件损伤修复性能以及特点，分别采用了240、35、6 ps的1053 nm激光脉冲在1053 nm 0°高反膜上进行了损伤修复以及损伤增长测试实验，并在1053 nm 45°高反膜上进行了大损伤区域的扫描修复实验。通过比较不同脉宽的修复点形貌以及损伤增长阈值，说明了超短脉冲用于修复多膜层光学元件损伤的优越性，并且脉宽越短修复效果越好。多点脉冲扫描修复结果表明，可以通过三维控制系统来任意控制扫描修复点形貌以达到最佳修复状态。

通过对Yb:YAG晶体荧光谱线的分析，讨论了其低温条件下的增益特性。利用激光二极管作为抽运源，采用背向端面抽运方式，使用掺杂原子数分数为8%的片状Yb:YAG晶体，搭建了一台低温条件下工作的再生放大器。通过小能量信号光注入，在-90 ℃的低温下，可以得到重复频率10 Hz，脉宽10 ns，能量10.3 mJ的激光脉冲输出，放大倍数达107倍。