高能激光器性能直接决定了激光定向能的毁伤能力和打击射程，为此美国相继启动多项计划，以研制出高功率、高效、紧凑、轻量化，用于战场的坚固型激光器。2019年，启动了激光器定标放大计划（high energy laser scaling initiative，HELSI），制定出最新的国家级激光放大路线图。首先介绍美国HELSI计划的启动背景、研究内容和实施阶段，其次分析HELSI计划第一阶段300 kW的研究进展，最后评述HELSI计划进展的后续影响。综合分析可知，目前洛·马公司的光谱合成光纤激光器技术在第一阶段率先胜出，不仅获得陆军300 kW作战光源的订单，而且还首先获得HELSI计划第二阶段500 kW的研制合同；HELSI计划的进展，使导弹防御局（missile defense agency，MDA）重新重视用于拦截助推段弹道导弹的定向能**；HELSI计划支持了4种技术路线进行竞争发展，不过未来何种技术路线会最终胜出并部署在战场上，还需要加强先期论证，突破“技术迷雾”。

针对提高激光**系统光束指向控制稳定精度的战术需求，设计了一款适用于光束指向快速反射镜的单轴半蝶形柔性铰链。首先，根据快速反射镜系统运动形式及功能需求，推演单轴半蝶形柔性铰链的物理模型；然后，采用基于卡氏第二定理的卡氏法简化并求解数学模型，并优化模型参数；最后进行有限元仿真与实验测试，并对单轴半蝶形柔性铰链机械谐振频率的理论计算、仿真分析以及实验测试结果进行分析比较。实验结果表明：单轴半蝶形柔性铰链工作方向机械谐振频率为165.29 Hz，满足设计指标要求。理论计算与实验测试结果相差1.3%，有限元仿真与实验测试结果相差3.2%。从而证明了单轴半蝶形柔性铰链结构形式合理，数学建模准确，为提高激光**系统光束指向控制稳定精度提供了有力的支撑。

机载激光**系统是一种定向能**系统，对跟踪精度要求较高，传统PID控制无法满足其高精度跟踪需求。建立了预瞄模型、探测器模型、快速反射镜模型、时滞模型等数学模型，搭建完整的仿真系统，并创新性地采用自抗扰控制算法和复合轴控制结构相结合的控制方式，以提高控制精度。通过功能验证试验验证文中搭建的仿真系统，加入实际采集的某运输机扰动，其跟踪精度为5.16 μrad，相较于传统PID控制，跟踪精度提高25倍。同时给出一种虚拟战场场景，经文中搭建的仿真模型验证，其俯仰轴和偏航轴的跟踪精度均小于10 μrad。

为了提高天基激光**光电跟瞄系统中快速反射镜（Fast Steering Mirror， FSM）的跟踪精度和抗干扰能力，建立了基于改进自抗扰控制器（Improved Active Disturbance Rejection Control， IADRC）的FSM闭环控制系统，对系统中IADRC的参数整定方法进行研究。由于试凑法整定效率低，传统优化算法整定易陷入局部最优，本文将蜻蜓算法用于IADRC参数整定，并对蜻蜓算法的惯性因子、列队因子和聚集因子的调整方式进行了改进，且在蜻蜓算法前期引入末位淘汰策略，后期引入贪婪策略，以进一步增强算法的全局搜索和局部开发能力。最后，在考虑卫星平台振动的情况下用基于改进前后蜻蜓算法的IADRC、基于粒子群优化算法的IADRC、基于遗传算法的IADRC、基于试凑法的IADRC和PID控制器分别控制FSM。实验结果表明：在FSM跟踪高频正弦信号时，基于改进蜻蜓算法的IADRC控制的FSM，其跟踪误差的均方根值为7.596 μrad，与其它5种控制器相比跟踪精度明显提升，基本满足激光**领域中对FSM跟踪精度的要求。

为了满足激光**对光束质量日益增长的需求，提出了一种光学准直系统的设计思路及非球面镜优化方法，并将该方法成功应用于一款激光热灼枪的镜头设计，使该枪可以在更远范围内获得更高质量的准直光束。首先在战技参数分析和光路计算的基础上得到初始结构，而后对其进行非球面优化，并基于ZEMAX对两次仿真结果做出对比分析，数值结果显示优化结构具有显著优势，其非球系数和曲率半径分别为0.584 mm和115.37 mm，光能利用率在使用GB 1316-88减反射膜的情况下可达99.92%。经过公差分析后加工出镜头并与枪体组合进行了木板烧蚀实验，实验与仿真结果吻合度良好，镜头性能的优越性证明了所提出设计及优化方法的可行性与合理性，也为其他领域的类似问题提供了一定的参考价值。