Mid-spatial frequency wavefront deformation can be deleterious for the operation of high-energy laser systems. When fluid cooled high-repetition-rate amplifiers are used, the coolant flow is likely to induce such detrimental mid-spatial frequency wavefront deformations. Here, we describe the design and performance of a 90 mm × 90 mm aperture, liquid-cooled Nd:phosphate split-slab laser amplifier pumped by flash-lamps. The performance of the system is evaluated in terms of wavefront aberration and gain at repetition rates down to 1 shot per minute. The results show that this single cooled split-slab system exhibits low wavefront distortions in the medium to large period range, compatible with a focus on target, and despite the use of liquid coolant traversed by both pump and amplified wavelengths. This makes it a potential candidate for applications in large high-energy laser facilities.

太极计划是中国探测空间引力波的一项重点任务。望远镜作为空间引力波探测中的重要组成部分，它的性能会直接影响引力波探测的精度。现有的典型空间引力波望远镜结构中次镜灵敏度高，难以满足更大口径的空间引力波望远镜对制造装调公差的要求，特别是在轨稳定性公差要求。为解决以上问题，首先，提出了一种中间像面设置于三四镜之间的新型空间引力波望远镜光学系统结构，以降低次镜灵敏度；结合高斯光学理论方法，从理论上分析并计算新型望远镜结构的初始参数。其次，通过优化设计，获得入瞳直径为400 mm，放大倍率为80倍，科学视场为±8 μrad，波前误差RMS值优于0.0063λ的望远镜光学系统。最后，建立了望远镜系统的灵敏度评价公差分配表，对比分析了现有望远镜结构与新型望远镜结构的公差情况。结果显示：相较于现有望远镜结构，新型望远镜结构的灵敏度降低了30.4%，具有低灵敏度优势，为空间引力波望远镜的设计提供了一种优选方案。

为保证大口径离轴三反消像散（Three-Mirror Anastigmat，TMA）光学系统在轨成像质量，探明离轴TMA系统中次镜位姿与主镜及三镜面形误差补偿机理，以矢量像差理论为基础，用Zernike多项式表述离轴TMA系统镜面面形误差，并对系统镜面面形误差进行解析。通过分析发现，位于非光阑位置三阶彗差经光瞳坐标变换衍生出与视场线性相关像散；提出结合失调离轴系统矢量像差校正解析式，以系统出瞳波像差RMS值为评价标准，构建离轴TMA系统像差补偿模型，利用次镜位姿对主镜及三镜存在面形误差的离轴TMA系统进行补偿。仿真实验表明：系统主镜存在0.5λ像散与彗差时，所构建像差补偿模型可将系统出瞳波像差由0.18λ补偿至0.08λ；系统三镜存在0.05λ像散与彗差时，可将出瞳波像差由0.3λ补偿至0.1λ，且当三镜面形误差在（−0.03λ，0.03λ）范围内时，可将系统各视场RMS值补偿至系统设计值，使系统成像质量满足要求，为大口径反射式空间望远镜在轨主动装调提供进一步理论指导。

在空间引力波探测中，望远镜是空间激光干涉测量系统的重要组成部分，其出瞳处波前误差与抖动光程(Tilt-To-Length, TTL)噪声间的耦合，是影响空间引力波探测的主要噪声源。首先，基于平顶光束与高斯光束的干涉模型，采用Fringe Zernike多项式表征望远镜出瞳处的波前误差，运用LISA Pathfinder(LPF)信号分析出瞳处波前误差与TTL噪声的耦合机理。其次，采用蒙特卡洛分析方法，研究不同数值波前误差下低阶像差占比对TTL耦合噪声的影响，确定了不同数值波前误差下，望远镜光学系统出瞳处满足TTL耦合噪声控制要求的低阶像差设计比例。最后，基于上述理论分析结果与像差控制要求，完成了空间引力波探测望远镜光学系统设计，望远镜入瞳直径为200 mm，出瞳处波前误差RMS值为0.01908λ，低阶像差占比不高于50%。分析结果表明，当光束抖动在±300 μrad以内，TTL耦合噪声不超过8.25 pm/μrad；通过公差分析得知，TTL耦合噪声最大值为15.50 pm/μrad，满足空间引力波的探测要求。

设计了采用薄膜介质层分隔浮置电极与模式控制电极的液晶透镜，浮置电极与模式控制电极处于基板的同一侧，避免了浮置电极与模式控制电极处于基板两侧而需要采用薄型基板的限制。采用Comsol Multiphysics仿真软件仿真研究了浮置电极方块电阻和薄膜介质层厚度对液晶透镜波前误差的影响规律。对于直径2 mm的液晶透镜，当浮置电极方块电阻在150 Ω·□^-1~300 MΩ·□^-1间变化时，液晶透镜波前误差先减小后增大，在40 MΩ·□^-1时波前误差达到极小值。当介质层厚度在50~5 000 nm间变化时，液晶透镜波前误差最小的浮置电极方块电阻由50 MΩ·□^-1减小到2 MΩ·□^-1，最佳方块电阻参数呈现单调减小规律。取浮置电极方块电阻40 MΩ·□^-1和介质层厚度250 nm时，研究了液晶透镜的调焦特性和波前误差特性，当焦距在250 mm至无限远间变化时，589 nm光波长下的波前均方根误差最大值为0.041 2 μm，小于λ/14，满足Marechal判据的要求。