根据啁啾脉冲宽带放大动力学理论,采用数值模拟的方法对啁啾脉冲在钕玻璃多程放大系统中的放大特性及脉宽压缩特性进行了系统分析。首先分析了光谱未预补偿情况下,放大系统不同输入参数配置对放大脉冲各参数特性以及压缩后脉冲脉宽、信噪比的影响。利用基于修正输入的正向反馈迭代方法,获得了输出脉冲一定的情况下,所需要的输入脉冲波形和频谱分布。最后,将啁啾脉冲扩展至三维空间,反演分析计算小信号增益系数在空间非均匀分布时的脉冲放大特性,给出啁啾宽带放大计算中数据量大的解决方法。本文结果对高功率钕玻璃多程放大系统的啁啾脉冲放大优化设计有一定的参考意义。

针对高功率激光多程放大的三维反演问题,提出了基于修正增益迭代算法结合输入输出积分能量曲线法和基于修正输入脉冲的正向迭代算法。利用这两种方法对有增益分布的四程放大进行数值模拟验证,计算结果表明这两种迭代算法都是有效可行的,都可得到输入脉冲时空分离的三维强度分布。计算所得输出脉冲与需求值基本相同,输出能量的相对偏差小于10 ^-7,第一种方法功率波形的相对偏差小于1%,第二种方法功率波形的相对偏差小于10 ^-6,很好地解决了由放大饱和效应引起的时空演化畸变。第一种方法主要依靠正逆模型的自洽性,相对直观;第二种迭代算法引入反馈因子,所得结果的精度较高、拓展性强。

双脉冲双向传输放大构型可对两束激光脉冲沿主放大器空间对称的两个方向同时进行传输放大，有效增加了放大器的储能提取率，在惯性约束聚变激光驱动器领域具有很大的应用价值。通过建立等效光路，推导了两束激光脉冲在传输放大时波前畸变的叠加过程，并对神光-Ⅲ主机装置中的实测数据进行了数值模拟。结果表明,双向传输放大构型下两束激光脉冲的波前面形存在一定差异，波前像差集中在低频段，且三、四程放大时空间滤波器小孔处的激光脉冲和输出激光脉冲的波前畸变较大。为保证输出光束质量和光束通过空间滤波器小孔，必须对主放大器内的波前像差进行补偿控制。这些结论将为双脉冲双向传输放大构型的波前控制方案的设计提供理论指导。

Three-dimensional spatio-temporal variation characteristics of pulse intensity is numerically simulated in detail in multi-pass amplifier of high power laser system. Theoretical calculation indicates that the complicated spatio-temporal distortion occurs as the pulse with specific spatio-temporal distribution passes the amplifier. This change imposes some difficulties on shaping prediction of the pulse power. The curve fitting method of input-output integral energy is proposed to achieve the inverse prediction of inject pulse shape formulti-pass amplifier system with high precision. The better prediction result is achieved not only for square pulse shape but also for multiple-steps complex pulse output, the relative power deviation reaches up to 0.032% for the square pulse output, and 0.78% for multiple-steps complex pulse output. In addition, the inverse prediction of more complicated Haan pulse is achieved. The relative power deviation is 0.13%. This method has not only high precision but also rapid computation and strong applicability.

对高功率激光多程放大系统中脉冲强度的三维时空变化特性进行了详细的数值分析，理论计算表明具有一定时空分布的光束在放大过程中会产生复杂的时空演化畸变，给脉冲功率的整形预测带来了一定的难度。提出了输入输出积分能量曲线拟合的方法，实现对多程放大系统输入脉冲波形的高精度反演预测，对于方波和复杂多台阶波形输出都能得到很好的预测结果，方波预测相对功率偏差低于0.032%，三台阶脉冲相对功率偏差为0.78%，另外还实现了更为复杂Haan脉冲的反演预测，相对功率偏差为0.13%。该方法不仅精度高，而且计算快速、适用性很强。

The temporal shape of laser pulse is very important for most physical experiments at the SGII facility. For monochrome laser, a general approach is to calculate the injected pulse shape by using gain-fluence curve (GFC). But it doesn′t work well under the condition of high fluence or especially complex pulse shape. For different output fluences, a new hybrid algorithm, based on GFC and intelligent algorithm, is applied to solve the inversion problem of pulse shape at the SGII facility. The calculation accuracy is only decided by the number of sampling points in theory. Hybrid algorithm is proved to be robust, high precision and rapid convergent by numerical calculation.

报道了一种基于被动调Q Nd∶YAG 微片结构的主振荡功率放大和Nd∶YVO4板条多程放大的激光器。主振荡级采用Nd∶YAG/Cr4+∶YAG 被动调Q 微片激光器，在重复频率为1 kHz时，输出单脉冲能量为82 μJ 、脉冲宽度为1 ns的近衍射极限的激光输出。为了实现信号光在Nd∶YVO4中获得5 次放大，设计采用了多程往返光路。得到最大单脉冲能量为2.3 mJ ，脉宽为1 ns 的激光输出，峰值功率大于2 MW ，光束质量M2 因子为M 2x = 2.48 和M 2y = 1.24 。该激光器结构简单、紧凑，采用传导冷却进行散热，适用于空间激光，在15 ℃~32 ℃的范围内，输出能量波动小于4%。

物理实验对神光II装置的输出脉冲波形有很高的精度要求。对于单色光，通常做法是利用增益通量曲线反演激光链路获得注入波形，该方法在求解高通量或复杂波形时的精度比较差，甚至对宽带脉冲失效。针对不同输出通量，提出了智能算法和增益通量曲线的分层使用策略并应用于神光II全链路的波形反演，混合算法的计算精度理论上取决于采样点数目。通过模拟仿真验证了混合算法具有稳定性好、精度高和收敛快的特点。

腔镜准直是多程放大光路准直中的基础，针对高功率固体激光装置多束组并行准直对腔镜准直的要求，提出一套基于衍射对称性的腔镜准直算法，可以避免腔镜准直受到图像质量的影响而导致精度偏低。在神光Ⅲ主机装置上进行了该腔镜准直算法的实验验证，实验结果表明，相对于传统算法，采用基于衍射对称性的腔镜准直算法，可以将腔镜准直精度由8 μrad提升至3.96 μrad。