为了优化高功率固体激光装置波前补偿系统的设计方案, 基于构型验证装置开展了波前测试和补偿实验。实验结果显示, 虽然等效钕玻璃片数大大增加, 但由于主放采用了“U”型反转器技术, 扣除离焦量后的静态和动态波前与原型装置相比没有显著提高, 主要变化为离焦分量。若不采取任何补偿措施, 会影响激光在前级滤波器的顺利过孔, 造成近场缺光现象。实验中, 为保证激光在动态发射时顺利过孔, 采用了调节透镜的方式, 使激光在各级滤波小孔位置有合适的预留量。同时, 利用原型装置现有的小口径变形镜对扣除离焦后的像差进行补偿, 减小激光在末级滤波小孔位置的像差。综合上述两种方法, 成功解决了近场缺光的问题。针对未来高功率固体激光装置, 伴随着光束口径和等效钕玻璃片数的增加, 主放大器内的像差也会大幅度增加, 采用上述调节透镜的方式可能无法兼顾静态和动态两种状态下的通光问题, 需要在主放大系统内增加主动补偿措施, 为腔镜变形镜的应用提供了实验依据。

在多程放大系统中,激光一般要经过腔反射镜两次,将变形镜置于腔反射镜位置能够有效提高其校正量。在某些多程放大系统设计过程中,为了降低输出端激光的像差,采用了90°旋转的“U”型反转器和变口径技术,激光两次经过腔反射镜的位置和坐标关系都发生了变化。采用数学的方法对这种情况下腔反射镜位置的面形解存在性进行了证明,并在带有90°旋转“U”型反转器的星光拍瓦(XG-PW)装置上对腔反射镜位置大口径变形镜的应用进行了实验验证。理论和实验研究结果为后续大型激光装置的自适应光学波前补偿方案设计提供了依据。

由包含弛豫作用的速率方程出发,建立了关于放大器能流密度空间分布最优问题的数学模型。采用最优问题求解方法,计算得到了多程放大器光束空间分布的优化设计,并分析了由此引起的对于放大器总体性能的影响。