多程放大系统隔离能力关系到激光器的安全稳定运行。由于系统中反射光学元件膜层引起的退偏会导致系统隔离能力大幅降低，因此无法满足设计要求。以神光III主机装置为例介绍了主放大系统隔离技术，并分析了光学膜层退偏机理，离线实验观测了单个反射元件的退偏现象。研究发现引起光学膜层退偏的主要原因是膜层厚度及折射率设计误差。根据实际光路中采用的角反射器元件反射率指标计算得到光学薄膜退偏将系统隔离能力限制在32，介绍了系统解决措施。

针对磁光晶体在大功率光隔离器中的应用，结合实际光学元件参数，利用琼斯矩阵分析了隔离度与入射光功率间的关系。提出基于外置材料，对磁光晶体热致退偏效应的补偿方案: 针对两种不同的常见补偿材料，给出了它们的设计参数，并对两种材料的补偿效果进行对比。结果表明，在50 W的光功率下，利用CaF2晶体和SiO2，可分别提高隔离度约15 dB和4 dB。

通过离线实验指出了神光Ⅲ主机装置联机调试阶段中限制系统隔离比提高的主要因素来自于转角体结构中反射膜引入的退偏效应。从膜系理论出发建立了神光Ⅲ主机装置中的转角体结构的反射系数的计算模型，进而通过计算指出了退偏效应的主要来源是反射膜层厚度的偏差，然后通过数值计算与离线实验结果的对比确定了转角体结构中各个反射镜的反射系数。由此得到了转角体结构的总反射系数及其造成的神光Ⅲ主机装置系统隔离比的提升上限和进一步提升系统隔离比的思路。

提出了一种新型激光外差干涉椭偏测量术用于实现纳米级精度的薄膜厚度测量。采用偏振光p和s分量透射比、反射比、反射相移、透射相移共同表征非偏振分光镜(NPBS)的退偏效应，建立了相应的误差模型，从而研究了多层介质膜NPBS的退偏效应和方位角对椭偏参数误差的影响。研究结果表明，由环境温度、入射角和光束偏振态的变化引起的NPBS退偏参数的漂移对椭偏测量精度影响很大，且无法通过标定来降低。为实现纳米级测量精度，NPBS的对准误差需要控制在0.1°以内。相对而言，用于合光的NPBS方位角误差对测量精度影响较大，NPBS所导致的膜厚测量总误差约为1.8～2.5 nm，说明NPBS是马赫曾德尔干涉式椭偏仪的一个不可忽视的误差源。

除了激光源、偏振分光镜（PBS）和波片等偏振器件之外，非偏振分光镜（NPBS）也是外差干涉仪中重要的非线性误差源。研究了多层介质膜NPBS的退偏效应和方位角对非线性误差的影响。采用p、s分量透射比、反射比、反射相移和透射相移共同表征NPBS的退偏效应，并逐项分析了其非线性误差模型。如果入射光束为理想线偏振光，则只有NPBS的反射相移和透射相移影响测量精度。如果入射光束存在偏振椭圆化和非正交，则NPBS的方位角、透射比和反射比、相移等参数的变化都会引入非线性误差，误差曲线的斜率受椭圆率和非正交角的影响。因此选用不同的激光源，同一个NPBS产生的非线性误差大小不同，一般可达几个纳米量级。为了实现纳米/亚纳米级精度的外差干涉测量，选择性能稳定的NPBS，特别是NPBS退偏效应与激光源输出偏振态之间的匹配非常重要。

理论分析了Er:YAG激光晶体的热退偏效应，模拟计算了该晶体棒端面退偏的分布，并进行了偏光干涉实验验证。结果表明，数值模拟和实验结果完全一致，热退偏效应随抽运能量增大而增强，退偏分布呈十字形，最大退偏发生在晶体棒端面上与起偏器偏振方向成45°方位处。同时，还阐明了一种利用临界稳定腔来测量灯抽运脉冲Er:YAG激光器有效热透镜焦距的简单方法，测量出不同抽运功率下Er:YAG晶体的等效热焦距。

采用声光调制器设计了一种透射式外差干涉椭偏测量系统。实验测量了单层透明氧化铟锡(ITO)膜，膜厚和折射率测量误差分别达8nm和7%。采用琼斯矢量法分析了金属反射镜引起的光束椭偏化对测量结果的影响。从光学系统中移出被测样品得到的标定数据，可以消除金属反射镜本身退偏效应的影响，但无法消除退偏效应和方位角误差共同作用所引入的椭偏参数测量误差。计算结果表明，退偏效应和方位角误差共同作用引入的膜厚测量误差可达4 nm左右，该误差与薄膜参数无关，与方位角误差近似成线性关系。

研究了一种采用声光调制器实现的透射式外差干涉椭偏(IE)测量系统。实验测量了单层透明ITO膜, 膜厚和折射率测量误差分别达到4 nm和6％。除了激光源和偏振器件之外, 分光镜也是重要的非线性误差源。研究了分光镜(BSs)退偏效应和方位角对椭偏测量误差的影响。采用琼斯矢量法推导出误差理论模型, 并数值计算了误差随分光镜光学参数和方位角的变化规律。计算结果表明, 由此引入的膜厚测量误差可达数纳米量级, 且与方位角误差近似成线性关系。退偏效应和方位角误差引入的非线性测量误差是互相关的, 不能通过移出被测样品的标定过程来完全消除。为了达到亚纳米级测量精度, 需要控制分光镜方位角误差在0.01°以内。根据分光镜退偏参数与非线性误差的关系, 可以设计或选择合适的分光镜。

深入分析了方板构型的电光开关晶体在高功率载荷条件下的热畸变行为,讨论了光强分布对热效应的影响.以KDP晶体为例,分别计算了激光束光强为高斯分布和均匀分布时晶体的温升、相应的热应力分布、波前畸变以及热退偏.结果表明,光强的分布形式对波前畸变和热退偏的影响是不同的.相对于光强均匀分布的激光束,高斯光束减缓了光斑边沿处的温度梯度,产生的热应力较小,因此可以减弱热退偏效应;另一方面,在光束口径范围内,高斯光束产生了附加的温度分布非均匀性,因而波前畸变会大一些.