结合相干合成理论与液晶相控阵波束控制技术，提出了一种基于液晶相控阵阵列的激光相干合成方法，可以获得一维方向上一定角度范围内具有任意波束指向的合成激光。阐明了相干合成理论，并从波束指向、合成光强和波束质量三方面对合成激光进行研究。研究发现，波束指向误差的产生原因是阵列干涉项的极大值非连续，提出了通过增大阵列间距减小波束指向误差的办法，筛选得到了使合成激光的峰值光强与理论值相符的特殊波束指向点，即电极干涉项与阵列干涉项的极大值重合点。仿真表明，这种相干合成方法对激光的波束质量有提高作用。最后通过基于1 × 3 、2 × 2 液晶相控阵阵列的相干合成实验得到了波束指向分别为0° 、0.17° 、0.34° 的合成激光，证明了理论分析的正确性和基于液晶相控阵阵列的激光相干合成方法的可行性。

提出一种基于空间像峰值光强差的光刻投影物镜奇像差测量技术。根据Hopkins部分相干成像理论，推导双缝图形空间像光强分布以及峰值光强差的解析表达式。该测量技术以双缝图形为测量标记，以空间像峰值光强差为测量对象。与基于成像位置偏移量的奇像差测量技术相比，基于峰值光强差的奇像差测量技术降低了对空间像定位精度的要求，并且高精度的光强度测量有效地提高了该技术的奇像差测量精度。利用光刻仿真软件PROLITH分析了传统照明与二极照明方式下该技术的奇像差测量精度，仿真结果表明采用二极照明具有更高的测量精度。以彗差Z7为例，在传统照明和二极照明方式下，Z7的测量精度分别达到了0.29 nm与0.19 nm。

研究了基于单块偏硼酸钡(BBO)晶体的级联二阶非线性效应实现超短激光脉冲脉宽压缩的原理。采用分步傅里叶变换及四阶龙格-库塔算法对描述I类飞秒脉冲倍频过程的耦合波方程组进行了数值计算, 定量分析了基频光与倍频光位相失配量、非线性晶体长度、入射基频光峰值光强和初始脉宽等因素对脉宽压缩效果的影响, 并对实验参数进行了优化。采用单块BBO晶体, 对中心波长为800 nm、脉宽为140 fs的超短激光脉冲开展了脉宽压窄的实验研究, 获得了两倍以上的脉宽压缩倍率。对不同基频光峰值强度和不同初始脉宽下的实验结果与理论模拟结果进行了比较与分析, 结果表明, 倍频过程中的位相失配量、初始基频光峰值光强、脉冲啁啾, 以及初始基频光脉宽等因素对脉冲压缩效果的影响较大。若要获得较高的压缩倍率, 需要综合考虑上述多种因素。

为了研究相干合束激光在湍流大气中传输时，合束系统的抖动对远场的影响，采用惠更斯-菲涅耳原理推导了系统中单个光源因抖动造成偏离时的远场光强表达式。以正六边形阵列为例，分析了在不同湍流强度或者传输距离时，抖动对远场造成的的影响，并分别描绘了峰值光强及桶中功率不低于理想情况下92%时的抖动控制曲线。结果表明，抖动造成了远场的峰值光强和桶中功率的降低；当抖动范围相同时，随着湍流强度的减弱或者传输距离的减小，抖动的破坏更加严重。这一结果对研究湍流大气中的相干合束是有帮助的。

为了研究相干合成系统发光单元的偏振方向对相干合成远场光强分布的影响, 以1维线性分布的阵列为例, 利用傅里叶方法分析得到了单个发光单元的偏振方向偏离时相干合成的远场光强的解析表达式。数值计算结果表明：光源偏振方向的偏离使得远场中心光斑的峰值光强减小, 光强的最小值不再为零, 次瓣所包含的能量增大, 但图样仍成对称性分布。对于5个单元合成系统, 当单个发光单元偏振方向偏离π／2时, 峰值光强减小到原来的68%左右。

为了研究相干合成系统的抖动对远场的影响,以正六边形列阵为模型,采用傅里叶光学分析法,得到了系统抖动造成单个光源引入相位差时的远场光强表达式,描绘了中心光斑能量与总能量的比值以及峰值光强随相差的变化曲线,研究了列阵中某个光源位相在不同范围内随机抖动的影响。结果表明,系统抖动引起了远场中心光斑的能量以及峰值光强的减小,远场对称性也遭到破坏;如果将系统的抖动控制在3π/8范围内,远场并不会受到较大影响。

为了校正激光光束的波前像差,建立了一套无需直接探测波前信息的自适应光学(AO)系统模型,提出了一种基于实数编码的高斯变异的遗传算法(GA)用来控制61单元压电变形镜补偿波前像差,并仿真利用此算法控制61单元变形镜校正由变形镜本身产生的像差。结果表明,这种算法能够找到补偿各种像差所需的变形镜的最优面型。像差校正后,焦平面的峰值光强最多能够提高30倍。环围斯特尔比值(Strehl ratio)最多能够从校正前的0.032提高到0.96,变形镜 61个驱动器后的电压值收敛性能良好。

针对大面积光栅制作过程易出现的拼接偏差问题,基于标量衍射理论推导拼接光栅远场衍射的光强分布,计算分析几种常见拼接误差对拼接光栅性能的影响,以确定光栅拼接过程的误差容限.研究表明:拼接光栅的远场衍射光场随纵向和横向平移误差的变化呈周期性,且这两种平移误差带来的影响可相互补偿;而拼接光栅的旋转误差对远场衍射光场分布的影响较严重,当旋转误差增大到9587 5×10-5度时,衍射光场的峰值光强降为0.9,且两光栅各自峰值出现的方向成9.587 5×10-5度.

在超强激光系统中,对比度和本底宽度是压缩光脉冲极为重要的指标.在啁啾脉冲放大系统的压缩阶段,在啁啾脉冲宽度为141 ps,啁啾系数为1 000,B积分值分别为0,1和2的情况下,模拟了自相位调制效应(SPM)对压缩脉冲的峰值光强、脉冲宽度和本底宽度的影响.结果表明:在B积分值为2的条件下,若不补偿非线性色散,压缩脉冲的峰值强度降为无自相位调制效应时的65%左右,脉冲宽度约为种子脉冲宽度的2倍,本底宽度则增加到原来的3倍左右;在B积分值大于0.5的情况下,本底宽度和B积分值近似成线性关系.