超短超强脉冲激光是目前世界上在实验室内产生超高能量密度、超强电磁场和超快时间尺度的综合性极端物理条件的重要手段。在对超短超强脉冲激光发展现状和趋势分析的基础上，针对高能量密度物理等前沿基础科学实验研究多样化的需求，提出研制不同脉冲宽度、三种脉冲激光（两束输出功率为10 PW的飞秒激光、单束输出功率为1 PW@1 Hz的飞秒激光、单束千焦耳皮秒激光和单束万焦耳纳秒激光）协同输出至4个物理实验站形成不同工作模式，实现多种加载-诊断物理实验功能的星光超强激光装置（XG-ELF）的设想。对XG-ELF装置的物理实验设想和主要设计结果进行介绍。建成后的XG-ELF装置将为我国高能量密度物理前沿基础领域中的研究提供先进的研究平台。

约束方式和晶体温度是影响磷酸二氢钾(KDP)晶体性能的两个主要因素。晶体在约束条件下，温度的变化使晶体产生热应力和热形变，破坏晶体原有的相位匹配条件，从而致使谐波转换效率降低。为了获得约束条件下温度与晶体匹配角的关系，建立了约束条件下晶体匹配角热敏感性的分析方法。利用有限元分析法，计算约束条件下温度变化产生的热应力和热形变分布；将热光效应、弹光效应以及热形变引入到匹配角的计算之中，获得匹配角的变化规律。以神光Ⅲ原型装置采用的晶体约束方式对该方法进行了验证。结果表明，该方法计算得到的神光Ⅲ原型装置晶体在约束条件下三倍频效率与温度的关系符合效率变化的实际规律。

晶体拼接技术能够解决光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)过程中非线性晶体口径受限问题，从而有效地提高放大器的输出能力。晶体加工误差补偿是晶体拼接要解决的核心问题之一。对拼接晶体加工误差对光束质量的影响进行了分析，设计了拼接晶体加工误差补偿方案，设计并加工完成拼接晶体加工误差补偿能动反射镜。通过实验验证了拼接晶体加工误差补偿方案的可行性和稳定性，同时证明了该系统满足晶体拼接要求。

晶体拼接技术能够克服光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)过程中非线性晶体口径受限问题，从而有效地提高放大器的输出能力。针对晶体拼接中相位匹配角的精确控制和晶体加工误差补偿问题，提出了“独立调整+误差补偿”的OPCPA晶体拼接技术方案，研制了2×2晶体拼接调整机构及2×2能动反射镜，每块子晶体可以进行3个自由度旋转以达到初始拼接角和相位匹配的目的，纳米精度的压电致动器驱动的2×2能动反射镜对晶体加工误差进行补偿。利用透射式元件对晶体拼接系统进行了可行性和稳定性验证，取得了较好的实验结果，证明该拼接调整方案是可行的。

为降低惯性约束聚变装置中大口径反射镜在重力作用下附加面型对光束质量的影响，对大口径反射镜镜背支撑技术进行了研究。经支撑结构优化，大口径反射镜由重力导致的附加面型从0.5 μm降为0.26 μm。对大口径反射镜镜体的打孔工艺、镜体与支撑架联接工艺及镜架结构进行了研究，并加工了样机进行验证，从实际测试结果来看，采用的反射镜打孔及粘结工艺对反射镜面型的影响可以忽略，反射镜镜架结构可以满足反射镜支撑要求，反射镜采用背支撑技术可以有效降低重力带来的附加波前。

兆焦耳级高功率激光驱动器是实现激光惯性约束聚变点火的必备手段，光机结构是兆焦耳激光装置的重要组成部分。对美国国家点火装置(NIF)和法国兆焦耳激光装置(LMJ)的总体结构进行了概述和分析，对神光-Ⅲ激光装置的结构特点进行了介绍，并对重要光机模块的结构特点及安装使用情况进行了分析，对总体集成技术和A6的安装集成情况进行了总结。