激光惯性约束聚变(ICF)装置中靶场编组站镜箱内的温度控制是实现光学元件最小变形，保证光束质量的重要环节。建立靶场编组站镜箱数学和物理模型，采用流体动力学分析软件对靶场编组站镜箱内温度场分布进行了数值模拟，计算结果与实测结果吻合。分析了不同鼓风速度v及鼓风角度θ对镜箱内温度场分布的影响及稳定时间，结果表明鼓风速度越大，镜箱内温度场趋于稳定越快，而风速v大于1.3 m/s后，稳定时间的减小不明显；鼓风角度对镜箱内温度场稳定影响较大，有最佳值。当鼓风速度v为1.3 m/s，鼓风角度θ为20°时镜箱内温度场稳定时间最短，为77 min。且在鼓风机关闭后32 min内，镜片温差在允许范围内，最大值为0.009 K。

温度梯度是造成惯性约束聚变(ICF)驱动器中大口径光学元件变形的重要因素之一,靶场编组站是大口径光学元件较为集中的区域。利用靶场编组站周围温度的测量数据,得出了靶场编组站镜架的温度分布及变化特点,应用有限元分析软件对靶场编组站镜架24 h分时段的热应力和变形进行了分析计算,结果表明,靶场编组站镜箱内温度变化趋势基本一致,顶部相对底部温度梯度较大,两侧相对中间温度较高。当靶场编组站内温差为0.01 ℃左右或局部温差为0.1 ℃左右时,光学元件的镜面转角小于0.24 μrad,能够满足稳定性指标要求。

温度瞬变是影响惯性约束聚变(ICF)驱动器中大口径光学元件结构稳定性的一个重要的激励因素。采用多通道高精度温度监测仪对原型装置中编组站大口径光学元件环境温度进行了24 h监测，得到了编组站光学元件环境温度24 h温度变化曲线; 采用有限元分析软件建立了光学元件的有限元模型，把温度监测结果作为载荷，对光学元件进行了热结构耦合分析。分析得到了大口径光学元件面形在24 h内的变化曲线，光学元件环境温度24 h内最大变化范围为0.45 ℃，24 h光学元件最大转角变化为1.12 μrad。分析结果表明，光学元件转角最大变化已超过打靶对光学元件稳定性的要求，但通过调整打靶时间，缩短光路准直之后打靶的等待时间可有效提高打靶的成功率。

针对多次曝光法制作集成衍射光学元件时存在的加工制作复杂,会引入较大的对位误差等问题,基于计算全息中的误差扩散编码原理及部分相干光成像理论,提出采用误差扩散编码方法来设计用于制作浮雕结构集成元件的编码掩模的新方法。给出了利用误差扩散法设计的色分离光栅光束采样光栅(CSG-BSG)集成元件编码掩模,模拟计算了经部分相干成像系统后的空间像光强分布,并与理想的集成元件面形进行了比较。结果表明,校正后均方差为7.5%,体积偏差为10.2%。

针对惯性约束聚变(ICF)驱动系统特别是其终端光学系统对元件数和元件厚度的限制要求，利用衍射光学元件(DOE)易于集成的优点，提出一种在石英基片的两面分别曝光制作色分离光栅(CSG)和光束采样光栅(BSG)的新方法，仅需一个石英片即可同时实现谐波分离和光束采样的功能。分别采用光学制版和电子束直写的方法制作了色分离光栅和光束采样光栅的掩模，并利用离子束刻蚀的方法加工了色分离光栅-光束采样光栅集成元件。结果表明，此集成元件的三倍频光能量利用率、色分离度以及采样效率等参数均与三倍频光通过色分离光栅、光束采样光栅分离元件时得到的结果相吻合，达到了惯性约束聚变激光驱动器终端光学系统的基本技术指标要求。

用光线追踪法分析反射翼几何形状对氙灯反射器光传输效率的影响。提出一种新的反射器几何构型仿渐开线型,其外形与标准渐开线相似,但翼展宽度短于标准渐开线反射器。用蒙特卡罗法模拟氙灯光能量在激光泵浦腔内的反射和吸收过程,计算结果显示:在合理选择反射翼的几何修正系数前提下,“仿渐开线型”反射器的光传输效率优于“短翼渐开线型”的光传输效率。在腔长、灯内径等设计约束条件受限的条件下,采用“仿渐开线”设计方法,能够最大限度地增大氙灯阵列输出的总泵浦能量。

针对惯性约束聚变驱动器的要求, 基于二元光学深蚀刻的思想, 设计并制作成功二元光学谐波分离器。 测量表明, 三倍频光的能量利用率达75.73%。

详细分析了弛豫作用在高功率激光器中对反转粒子数的影响, 在经典速率方程理论的基础上, 推导了包含弛豫作用的一般性速率方程, 讨论了弛豫效应与放大器总体性能之间的关系, 并给出具体放大器的计算实例, 对于优化放大器的设计具有实际意义。