精密高效的脉冲波形调控是大型激光装置满足惯性约束聚变实验需求的重要技术之一。脉冲波形生成原理是通过编辑任意波形发生器中每个子脉冲的电压值，经电光调制器转换为光脉冲强度形成任意形状的激光脉冲轮廓。在电光转换过程中，各子束响应过程并非线性且子束间存在个性差异。为实现此条件下精密高效的脉冲波形调控，制定并开发了基于闭环迭代思路的激光脉冲波形快速调控方法。实验结果表明，算法可在10 min内实现任意脉冲波形整形，并具备23∶1高对比度脉冲波形调控能力，调控精度均优于10% (rms)，满足常规物理实验运行条件下对激光参数调控的精度和效率需求。

本文提出一种基于CAD立体模型匹配的位姿测量方法，用于解决高功率激光装置中微小靶的高精度定位问题。该方法利用CAD文件信息构建靶的立体模型，将立体模型与3-CCD多源图像进行关联匹配，避免了传统定位方法中将多源图像单独处理产生的误差叠加问题。本文基于模型探索点的Chamfer距离转换定义靶的匹配度函数，用于评估模型与靶的匹配程度，并利用遗传算法（GA）对该函数进行寻优求解得到靶的测量位姿。针对GA容易陷入局部最优值问题，提出一种基于分层的自适应遗传算法（HAGA）提高算法的搜索精度和效率。为提升复杂工程的系统调试效率，本文利用OpenGL图形库搭建仿真系统，实现靶的仿真成像、离线算法调试等功能。仿真系统避免了系统中安装误差、加工误差以及相机环境光等诸多因素的干扰，能够更方便的对算法进行调试和验证，提高工程效率；实验还搭建了3-CCD定位测量平台用于对不同靶型准直状态的定位调整。测量结果显示靶的平移定位误差小于3.5 μm，角度误差小于0.07°，其误差小于实际测量系统的误差要求，验证了测量算法在实际工程中应用的可行性。

高功率固体激光装置的负载问题是制约装置建设与运行的瓶颈问题。在高通量紫外纳秒激光辐照下，熔石英后表面的损伤不断产生和增长，严重限制了装置的负载能力。在提升熔石英抗损伤性能的基础上修复既有损伤，循环使用光学元件，是现阶段提升装置负载能力的主要手段。主要介绍了国内外近年来在熔石英损伤的规律与机制、光学元件循环处理的支撑技术以及提升负载能力的新材料与新技术方面所取得的重要进展。

上海硬X射线自由电子激光装置（Shanghai High Repetition rate XFEL (X-ray Free Electron Laser) and Extreme light facility，SHINE）是一个高重频XFEL装置，束线站定时系统需要为设备提供基于硬件的精确的X射线束团编号和定时触发。对于SHINE束线站单脉冲工作模式的设备，采集数据包以及对应时刻的束团编号信息，便于后续实验数据分析。设计了一个束团编号采集的测试系统，它基于Zynq-UltraScale+型片上系统（System-On-Chip，SOC）搭建，采用了白兔协议（White Rabbit）协议的定时系统环境。该测试系统通过FPGA夹层卡（FPGA Mezzanine Card，FMC）获取嵌入型从节点的束团编号，使用LwIP（Light weight Internet Protocol）协议搭建的TCP协议栈实现束团编号的采集。采用Basler相机对该系统进行了实验测试，并使用pypylon库来采集相机的数据。实验测试结果表明：该束团采集测试系统获得的束团编号数量和图像帧数相同，可以满足SHINE束线站对于束团编号采集的需求。

在高功率固体激光装置中，大口径KDP晶体的面形畸变控制是影响终端光学组件倍频转化效率的关键因素之一。为了提高大口径KDP晶体的装配附加面形质量，提出了一种点支撑装配附加面形畸变抑制工艺方法。首先，通过遗传算法对支撑点及其分布进行优化设计。然后，采用有限元分析方法对KDP晶体的装配预紧工艺进行优化设计。最后，开展优化后的装配工艺对KDP晶体装配附加面形畸变的抑制和倍频转换效率的实验验证。实验结果表明：提出的工艺方法对KDP晶体装配附加面形畸变具有良好的抑制效果，实测面形PV值为6.51 μm，二倍频转化效率可达72.6%，且重复装配的一致性良好。该方法大幅提升了晶体倍频效率和远场光斑质量，并在工程上得到应用与推广。

提出了基于激光脉冲波形精密调控和能量稳定性控制的双回路同步闭环设计方法，进而在任意波形发生器与预放大系统输出处建立脉冲波形闭环控制系统，在保偏大模场光纤放大器和再生放大器间建立能量稳定性闭环系统。依托大口径高通量实验平台，实现了激光脉冲波形的快速高稳定精密调控，脉冲波形闭环精度优于2%（RMS），脉冲能量稳定性优于5%（PV）。该技术成功应用到物理实验正式发射中，常规整形脉冲波形的功率准确度优于2%，相关结果有力支撑了ICF激光驱动器激光参数精密调控设计。

较为系统地回顾了近年来学术界在随机分布反馈光纤激光器时-频-空域特性方面的研究进展，分析总结了随机分布反馈光纤激光器的时-频-空域动态特性影响因素，展望了随机分布反馈光纤激光器应用于高功率激光驱动装置的前景，并对未来潜在的研究方向进行了探讨。

高功率固体激光装置对大口径反射镜附加波前畸变和姿态稳定提出了苛刻的要求，在确保姿态稳定性的同时，要求低应力夹持使附加波前畸变峰谷值（PV值）＜λ/3, 波长λ=633 nm。提出了一种正面三点支撑结合侧面八点限位的大口径反射镜夹持技术，对该夹持结构下引起的附加波前畸变进行了仿真和实验研究，并对反射镜姿态稳定性进行了不同工况下的实验模拟。结果表明，该夹持方式引入的附加波前畸变PV值约为23.6 nm，振动、晃动、翻转不同工况下反射镜指向变化PV值小于50 μrad，附加波前畸变和姿态稳定性均满足高功率激光装置的要求。

在惯性约束聚变（ICF）领域，为了满足物理实验需求，需要采用短波长的紫外激光打靶。目前，国内外高功率固体激光装置普遍采用谐波转换的方式来获得三倍频紫外激光。高效的频率转换必须满足相位匹配条件，而晶体的反射面形畸变过大对准直精度和倍频效率均匀性都会产生不利影响。通过实验验证了晶体准直光斑的质量退化主要来源于晶体因夹持和重力导致的反射面形畸变，证明了改进晶体的夹持方式可以有效改善晶体面形，提高准直精度和准直光斑质量，并显著提升三倍频转换效率。