采用圆孔光阑和空间滤波-像传递系统相结合，实现了高效率的皮秒高斯光束到超高斯光束的整形。通过研究其中空间滤波-像传递系统中滤波针孔大小对整形效果的影响，获得了整形效率大于32%、200~500 mm传播距离内保持超高斯光束填充因子大于0.76传输的实验结果。随后对获得的超高斯光束进行放大，放大过程中通过利用侧面泵浦Nd:YAG晶体的热透镜代替放大光路中4F系统像传递系统中的透镜，简化了超高斯皮秒激光放大系统的结构，同时经过一级双通放大后,获得了近场填充因子0.72，单脉冲能量3.0 mJ，脉冲宽度11 ps，重复频率1 kHz，峰值功率密度8 GW/cm2的超高斯光束皮秒激光放大输出。

结合美国国家点火装置(NIF)的部分参数, 利用两镜型线聚焦空间滤波器(SSF)来替代主放大腔中的针孔滤波器, 对其在高功率激光装置中的应用进行了初步的研究。以NIF为例, SSF的应用可使远场强度降低两个数量级, 使腔空间滤波器和放大腔分别缩短约6.2450 m(27%)和13.8707 m(30%), 而放大腔中远场强度的降低以及去掉传输空间滤波器中的滤波光阑, 又使得主光路中基本无等离子体堵孔的问题。同时, 基于平面化离轴偏角的设计思想并结合放大腔中变形镜与反射镜互成物像面的特点, 对SSF构成的放大腔进行了离轴多程设计以避免放大自发辐射, 为SSF的实际应用以及高功率激光装置的进一步发展奠定了基础。

结合板条激光器和薄片激光器的特点设计了一种表层增益板条激光器结构。采用基于慢轴像中继的抽运耦合系统实现抽运光在板条宽度方向的均匀分布。利用表层增益板条激光器实现了稳定的准连续激光输出，在抽运频率300 Hz、抽运脉宽200 μs，抽运单脉冲能量354 mJ条件下，实现了单脉冲能量121.3 mJ的1064 nm激光输出，对应的光光转换效率和斜率效率分别为34.3%和45%。

针对美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室所提出的四柱透镜结构的线聚焦型空间滤波器(线型滤波器)，根据瑞利-索末菲衍射积分和利用Matlab 软件对光束在线型滤波器中的传输进行了理论模拟研究，得到了线型滤波器的像传递模式并对其空间滤波功能进行了对比研究。与传统的针孔滤波器不同，线型滤波器的系统前后焦面并不只与透镜焦距有关，还与柱面镜在x 和y 方向错开的距离相关，其优点是能将高功率激光装置中的远场强度降低约3个数量级，从而大大减小滤波器规模，但同时也带来一个不足之处，即线型滤波器只能在1 倍口径匹配条件下满足严格的像传递功能。在1倍口径匹配条件下，线型滤波器的空间滤波功能与传统针孔滤波器也是一致的。

在充分调研大型激光系统多种光束平滑技术基础上，针对高功率准分子激光系统波长短、宽频带等特点，选用了无阶梯诱导空间非相干(EFISI)技术来实现角多路高功率准分子激光系统的平滑化。利用前端部分相干散射源和严格的像传递光路，开展了光束经预放大器1三程放大和预放大器2双程放大实验，研究了光束动态均匀性。实验结果表明，基于EFISI技术的平滑方法较好地保持了散射源的光束均匀性，经预放大器1放大后不均匀性为2.04%，经预放大器2放大后不均匀性为1.96%，能够满足高功率XeCl准分子激光角多路系统建设需求。

对角多路准分子激光主振荡器功率放大(MOPA)系统进行物像共轭结构简化。利用传输矩阵和光线追迹，推导出了像传递光路中光学元件扰动与相应像面光束定位误差之间关系式。根据九标度赋值矩阵，采用改进层次分析法确定指标权重系数，得到了影响系统稳定性的光学元件光束定位指标要求。结果表明，光学元件分配指标大小和像传递结构焦距、光学元件（反射镜）距离像传递结构物面距离有关，焦距越大指标越小，距离越远指标越大。测量了实验室环境下光学元件的稳定性，对测量结果和定位误差进行了分析，并在此基础上提出了光路设计和光路优化的建议。

光路自动准直系统用于惯性约束聚变的高功率激光装置的光束精密自动准直调整.针对神光Ⅲ原型装置四程放大光路对自动准直系统的调整时间和调整精度的要求,考虑到光路总体结构的要求,利用光纤像传递和光纤耦合技术,结合近场远场像传递原理,使用插入式光纤点光源实现了后腔镜的准直调整,充分考虑了四程放大的光路像传递特点,设计出一套优化合理的四程放大准直方案,并且在神光Ⅲ原型装置模拟实验平台上得到了充分的验证和考核.实验结果表明光路自动准直系统能够在15 min之内顺利完成系统的光路调整,光束近场调整精度优于近场光斑的±0.5%,光束远场调整精度≤±0.3",满足了原型装置总体的要求.

Alignment accuracy of the cavity mirror in multipass amplifier is very high. Aiming at the requirements on alignment precision of cavity mirror in high power lasers, using image relaying of pinholes and the principle of beam automatic alignment, a scheme to align the cavity mirror is designed. It has been demonstrated on the simulation experiment system of the SG-Ⅲ prototype facility. The main amplifier's adjustment can be finished in 15min. The centering precision of the system is less than 0.5% of the beam diameter. The pointing precision of the system are less than 0.3".

针对高功率激光装置对多程放大器腔镜准直的要求，利用小孔的像传递和光路自动准直的原理，设计出一套创新的腔镜准直调整方法，并且在SG-Ⅲ原型装置4程放大模拟实验平台上进行了实验验证。实验结果表明：自动准直系统能够在15 min之内顺利完成主放大级系统的光路调整，光束近场调整精度值小于近场光斑直径的0.5%，光束远场调整精度小于0.3"。