计算了Yb∶YAG板条选通角并优化设计了放大链路构型。对比分析了反射式像传递系统优势并计算了像传递系统的球差，结果表明，反射式像传递系统可大幅减小系统球差，有利于提升放大激光光束质量。室温下搭建了基于单个Yb板条的三通主振荡器功率放大系统，通过采用反射式像传递放大链路设计，同时优化泵浦激光与种子激光的近场强度匹配，实现在无主动光学校正系统下，功率7.13 kW、光束质量优于2倍衍射极限的激光输出。

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。

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。

在直接驱动激光聚变中，变焦辐照可使得激光焦斑随聚变靶丸缩小，可增大激光与靶的能量耦合效率。基于像传递技术并利用电光削波开关中的检偏棱镜同时实现光脉冲的分束与波形分割，这种方式可充分利用脉冲激光能量，可有多种光束分割形式，并具备脉冲整形的能力。在实验室实现了XeCl准分子激光3台阶变焦辐照，以条纹相机记录了焦斑变化过程。实验结果表明，电光削波开关中电光晶体驱动电压的前沿陡度直接影响到变焦台阶之间的边界陡度。

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。

介绍了为一个平顶激光光束放大器所搭建的监测和补偿系统。该放大器采用多级放大结构, 能够输出单脉冲能量5 J, 光斑尺寸50 mm×50 mm的平顶激光光束。放大器内部的液晶光阀可以对输出光斑的能量分布进行有效的调制。监控系统与放大器中的空间滤波器相结合, 通过傅里叶像传递的原理, 将液晶光阀上的能量分布成像到监测CCD上。补偿系统通过将放大器输出光斑反馈到液晶光阀上, 有效的提高了输出激光光束的质量。实验结果表明, 整形后的光斑内部能量分布更加均匀, 放大器输出的平顶激光光束近场调制度为1.64, 软化因子为0.053。所设计的监测和补偿系统较好的实现了对光束质量的控制和改善。

回顾并介绍了高功率准分子激光系统设计中需要综合考虑的两项主要技术——像传递技术和角多路技术。讨论了照明方式和激光振荡源的光束整形在激光系统成像光路设计中的重要作用，对多路放大技术及角多路放大技术形式进行了系统分析。多路激光非相干合束是角多路技术和成像技术对高功率准分子激光系统光学设计提出的特殊要求，在简要分析了透射阵列和反射式望远物镜两种实现多路激光合束的打靶光学系统基础上，提出了一种利用反射式打靶光学系统和一套光学延迟线阵列来同时实现角多路编码和解码的新型光路布局，给出了初步设计方案。

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。

为了实现对数10 min一个脉冲，单脉冲能量5 J激光放大器多项输出参数的实时、高效率检测，设计了针对高能量、大截面和低重复频率激光系统输出的测量系统。该测量系统采用Fourier像传递技术，针对激光器的输出特性实现了对输出光束截面的清晰实时监测，并且能够同时检测光束的激光波长、光谱宽度、光斑尺寸、单脉冲能量、重复频率和偏振方向等数据。利用该统计系统能够计算光斑调制度、发散角、指向性、光束质量因子、能量稳定性、平均功率、功率稳定性、脉冲宽度、脉冲稳定性和偏振度等指标。