针对高功率激光装置对靶面辐照均匀性的需求，提出了一种基于宽带激光拍频的瞬时束匀滑技术。激光集束采用宽带激光，利用连续相位板对焦斑包络进行控制，并结合共轭螺旋相位板使得集束中各子束在焦平面处拍频产生旋转周期不同、位置各异的快速运动散斑。合理选择宽带光参数可使得散斑的旋转周期在皮秒至亚皮秒量级，从而达到瞬时匀滑焦斑的目的。通过建立基于宽带激光拍频的瞬时束匀滑技术物理模型，模拟分析了关键参数包括激光带宽和谱线类型对焦斑束匀滑特性的影响和规律，并与双频单色激光拍频技术作了比较分析。研究结果表明，通过合理选取光源谱线类型或增大激光带宽，所提技术可在降低系统要求的基础上增强对激光等离子体不稳定性的抑制，使焦斑实现瞬时匀滑并获得较好的均匀性。

高功率超短脉冲激光系统中,空间滤波器透射元件引入的色差会影响系统的聚焦功率密度。针对这一问题,提出一种具备动态调节能力的色差预补偿方案。该方案由正负透镜和反射系统构成共焦像传递系统,能够实现全系统色差的动态精确补偿。基于该方案为神光-II 5 PW(SG-II 5 PW)激光系统设计并搭建了色差预补偿光路。实验结果表明,通过精密调节该单元内部透镜间距能够精确补偿全系统的色差,显著提升系统峰值功率密度。经过色差补偿后,在SG-II 5 PW系统开展质子加速实验,获得了超过16 MeV的质子产额。

采用宽带激光熔覆技术，在304L不锈钢表面制备了Fe-Cr-Si-P非晶涂层，分析了涂层的组织结构及形成机制，建立了激光熔覆物理和数学模型，得到了熔池沿深度方向的温度梯度及冷却速率的变化规律。结果表明，涂层微观组织的界面区是平面晶和外延生长树枝晶,中部区域为非晶区,表面为梅花状树枝晶区。凝固过程中，从熔池底部到表面的温度梯度逐渐减小，冷却速率逐渐增大。结合凝固理论，建立了涂层组织特征与形状控制因子及冷却速率的关系模型。

采用宽带激光熔覆技术, 梯度设计的思想和碱液环境中电极化后的处理方法来改善涂层表面形貌和提高涂层生物活性、细胞相容性, 制备了一种梯度生物活性陶瓷涂层。利用SEM分析手段对涂层表面形貌进行研究;通过模拟体液(SBF)浸泡实验考察涂层活性;采用人成骨细胞与涂层材料共培养的方式, 验证了细胞在涂层表面的增殖和定向分化能力。结果表明, 激光制备+电极化处理涂层表面形貌是典型的羟基磷灰石(HA)结构;激光制备+电极化处理涂层表面生成的HA＋β-TCP相更多, 生物活性更好;激光制备＋电极化处理涂层表面细胞的增殖和定向分化能力更好。

激光宽带熔覆技术广泛应用于大型工件表面的强化、修复和改性，较少的搭接次数使其更容易获得表面质量较好的熔覆层和较高的熔覆效率。针对现有激光宽带熔覆中光外送粉不精准、金属粉末受热不均匀和光粉同轴耦合精度不高等问题，本文提出了一种光内送粉激光宽带熔覆工艺及方法，实现了在宽带激光束内部均匀，准确地垂直于熔池表面送粉。在水平和30°斜壁上分别进行单道堆积熔覆实验。结果表明，重力对斜壁熔池影响不明显，两组实验均获得了熔层高度较为均匀的直壁墙。对熔层组织分析可知，二次重熔区组织较为粗大，非搭接区组织由较多的树枝晶组成，二者显微硬度波动值约为90HV0.5，熔层组织整体较为均匀、致密。

采用宽带激光熔覆技术,梯度设计的思想,添加不同含量稀土氧化物Nd2O3来提高复合涂层生物活性的方法,在TC4钛合金表面制备了含HA+β-TCP的稀土梯度生物活性陶瓷涂层.使用MG63人成骨细胞与Nd2O3活性梯度涂层体外共培养,用MTT法测定成骨细胞碱性磷酸酶含量和通过SEM观察MG63细胞在活性涂层表面上的伪足生长情况.结果表明:稀土梯度生物活性陶瓷涂层碱性磷酸酶(ALP)的表达量均高于TC4合金和未加入Nd2O3的陶瓷涂层,成骨活性较好;成骨细胞向骨细胞分化能力是逐渐增强的;成骨活性与不同含量的Nd2O3合成的HA+β-TCP的数量密切相关,当Nd2O3的添加量为0.6wt.%时,具有最佳的成骨性能;生物活性复合涂层不仅能引起细胞的粘附生长,更重要的是能够促进细胞的定向分化,且统计学分析表明ALP含量具有明显的显著性.稀土活性梯度陶瓷涂层材料表面细胞伪足生长更旺盛,具有更好的生物相容性.

利用现有窄带激光传输模拟软件SG99和宽带激光传输模拟软件CPAP，以及自编的一维光脉冲传输放大的逆算程序，评估了原型装置在主放基本结构不动的情况下激光脉冲由窄带改为宽带，实现数十nm宽带条件数kJ的输出能力。宽带下增益窄化效应显现，对光谱增益窄化补偿也进行了研究。结果表明，为了补偿增益窄化效应，在3 J主放注入能量下通过对光谱整形可满足系统2000~3000 J的输出，但损失约40%的注入能量。考虑到这一因素，预放级至少要有5 J的输出能力。研究结果指导了数十nm宽带倍频激光驱动实验系统研制实施方案。

采用宽带激光熔覆技术，通过加入不同含量的稀土氧化物Nd2O3来提高激光熔覆生物陶瓷涂层的生物活性，在TC4钛合金表面制备了含HA+β-TCP的稀土活性梯度陶瓷涂层。使用体外人成骨细胞MG63与Nd2O3稀土活性梯度陶瓷材料共培养，用四甲基偶氮唑盐微量酶反应比色(MTT)法分析细胞增殖情况和通过SEM观察MG63细胞在稀土活性梯度陶瓷涂层材料上的粘附、生长情况。结果表明： Nd2O3稀土活性梯度陶瓷表面的细胞生长旺盛、细胞形态正常，活性涂层细胞相容性良好;涂层表面的HA+β-TCP钙磷基活性陶瓷相数量影响着成骨细胞的增殖，含有Nd2O3的生物陶瓷涂层比TC4钛合金的细胞相容行好，且含有w(Nd2O3)＝0.4%、w(Nd2O3)＝0.6%的生物陶瓷涂层表面成骨细胞繁殖最快;稀土活性梯度陶瓷材料不仅能够引起细胞的粘附生长，更重要的是要能够促进成骨细胞的定向分化。

为了研究横向分布为平顶高斯模式的宽带激光通过硬边光阑系统的光强分布特性，采用衍射积分公式推导了平顶高斯模式宽带激光的每一频率分量在光阑系统中的传输公式，再通过傅里叶变换得到时间域的传输公式，详细分析了光阑和频带宽度对强度分布的影响。结果表明，近场光强在截断参量较大时，仍保持一定的平顶分布特性，但是随带宽的增加强度分布变窄；截断参量较小时强度呈高斯分布，并且带宽的变化对强度分布没有太大影响；然而在远场时截断参量较小情况下的光强分布也明显表现出随带宽增加而变窄的现象，但随着截断参量增大，这一变化趋势变缓。这些结果对平顶高斯模式宽带激光的应用具有重要参考价值。