使用衍射光学元件将高斯激光光束整形为能量分布均匀的平顶激光光束,对比了两种激光诱导铜等离子体的特性,研究了光束整形对激光诱导击穿光谱稳定性的改善作用。研究结果表明:激光光束能量分布的均匀性引起了烧蚀坑形貌以及单次烧蚀量的差异,高斯激光和平顶激光诱导光谱的强度、等离子体温度和电子密度的相对标准偏差分别为12.33%和6.37%、2.10%和1.32%、5.31%和0.65%;光束整形后激光诱导击穿光谱的稳定性得到了明显改善,两种激光诱导产生的等离子体均呈局部热力学平衡状态。

为了进一步提高直角坐标激光的直写效率, 提出了一种扫描工作台各速度段进行激光直写二元图案的方法。该方法用扫描工作台的位置反馈脉冲同步触发激光束曝光光刻胶, 实现像素点的理想位置曝光; 而且依据扫描工作台的运动特性和匀速直写时各像素点获得的曝光量情况, 对处于扫描工作台加、减速度段的像素点的曝光强度进行调制, 保证需要曝光的像素点对应的每一个位移分辨力距离上所获的曝光量与扫描工作台匀速运动时相同, 从而保证扫描工作台速度连续变化的情况下激光直写能获得预期的曝光效果。仿真实验表明：以5 mm×5 mm曝光图案为例, 该方法所需的直写时间是传统只在匀速段直写的77.77%; 同时配备的声光调制器由16位降为12位时, 扫描工作台整个加速段直写产生的曝光量相对误差由04%上升为10%。

建立了间接驱动过程中激光组束通过透镜在黑腔柱体中传输的模型。利用柯林斯公式，将各个锥环所有激光束投射到腔壁上的所有焦斑光强进行非相干叠加，研究其光强分布。详细分析了空间相干度、透镜聚焦F 数、离焦距离对靶壁上焦斑光强分布均匀性的影响。空间相干度增大时，非相干叠加得到的亮斑光强度增大，光强起伏更剧烈，顶部光强分布均匀性变差；增大透镜聚焦F 数，焦斑光场增强，光强振荡程度加深，光场分布更不均匀；而离焦量变大时，靶腔壁上的光强度降低，其振荡程度也减弱，光强峰值差值变小，顶部光强分布变得均匀。

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。