“天光”装置是我国目前最大的一台高功率氟化氪准分子激光装置，装置主要包括前端激光器、一级放电抽运激光放大器、两级电子束抽运激光放大器、平滑化光学角多路及打靶平台诊断等系统，装置输出激光波长为248 nm，脉宽为23 ns，输出能力为6束百焦耳量级。主要介绍了一种将装置现有的6束23 ns光学角多路系统升级到12束10 ns光学角多路系统的方法和技术。包括前端10 ns短脉冲激光的产生，偏振分光原理，紫外偏振激光的传输与控制及6路12束光学角多路系统的设计方案等。

激光驱动气库材料可用于实现准等熵压缩，为了预估样品靶前表面的峰值压力及分析样品靶前表面压力随时间变化曲线，建立了一个简化的理论模型用于描述这一物理过程。激光入射在气库材料上产生冲击波，冲击波到达气库材料背表面卸载使其成为等离子体，进而在真空中自由膨胀。在膨胀的过程中，等离子体密度、温度不断降低，并堆积在样品前端使样品表面的温度、压力缓慢上升，实现准等熵压缩。将气库材料近似为多方气体，对其进行分层处理，求解得到每一层等离子体自由膨胀的解析解，进而编写程序计算多层等离子体堆积在样品前端压力随时间变化曲线。与实验上获得样品自由面粒子速度后用背积分方法获得的样品前端压力随时间变化曲线进行对比，较为吻合，表明这种模型可以用于预估样品前端压力。

在能量11 mJ、波长744 nm、脉宽120 fs、功率密度6×1016 W/cm2的超短脉冲装置上，开展了超短脉冲激光与2.1 μm和5.0 μm金薄膜靶相互作用产生质子束的实验研究。利用Thomson谱仪测量了产生的质子能谱，发现利用2.1 μm金薄膜靶时，质子能谱由于质子源数量不足而在74 keV附近出现单能峰，5.0 μm的金薄膜靶产生的质子计数和能谱均比2.1 μm的金薄膜靶产生的低，主要原因是超热电子穿过薄膜靶时出现的能量损失和几何倾斜降低了电子回流所致。interaction with thin gold foils

为了增加靶上的功率密度和耦合效率，基于饱和增益开关原理，发展了一种适用于放大自发辐射平滑光束的脉宽压缩方法。利用该方法，在赛格德大学的一台放电泵浦KrF准分子激光器上进行了实验，将该激光器输出的脉宽为14.5 ns的放大自发辐射光束压缩到了7.5 ns，并且保持了光束原有的均匀性。

利用瞬态光栅衍射法研制了一台单次频率分辨光学开关激光参数测量仪，可以对脉宽范围在10 ps以内的紫外超短脉冲激光进行单次测量。利用该仪器对重复频率为10 Hz的放电泵浦和单次运行的电子束泵浦KrF准分子激光器的输出脉冲分别进行了单次测量，结果表明：对于放电泵浦，当系统工作在零啁啾附近时，脉冲波形和光谱分布较规则，相位分布起伏较小，当系统偏离零啁啾状态时，脉冲波形和光谱分布不再规则，并且相位分布为抛物线结构；对于单次运行的电子束泵浦，脉冲波形具有多峰结构，光谱具有复杂的调制，脉宽约为2 ps，带宽约为1.3 nm，相位分布为抛物线结构。

利用经典分子动力学和第一性原理分子动力学，研究了氦在高压下的熔化曲线、状态方程和非金属-金属转变。得到了氦在温度小于4.5 eV、 密度0.3~5.0 g/cm3范围内的状态方程，并把氦的熔化曲线的压强范围拓展到了50 GPa。氦的能隙宽度曲线表明，温度大大降低了氦的金属化密度。

为了诊断测量激光驱动冲击波，研制了具有空间分辨力的成像型速度干涉仪。该干涉仪主要包括输入部分、像传递部分及干涉部分，探测光采用波长为532 nm的单纵模激光。 在靶位放置一分线板，经过测量，其空间分辨力小于10 μm。基于天光KrF准分子激光系统的参数，设计并自制含有烧蚀层的单台阶金属靶，利用成像型速度干涉仪测量到了金属铝靶内的冲击波速度。

低Z流体的单次冲击波压缩极限是判断各种研究高压物态方程理论和实验正确与否的重要参数。维里定律和Hugoniot方程表明, 单次冲击波压缩率是由各种因素的相对重要度决定的, 包括平均势能、平均动能、内部自由度的激发度和逆幂函数型势能曲线的幂指数。如果幂指数大于2, 相互作用势能使流体变得比理想气体更难压缩, 否则流体就比理想气体更容易压缩。内部自由度的激发总是让流体变得更容易压缩。在各种不同因素起主导作用的压强段, 低Z流体的单次冲击波压缩极限不同。用一个简单的单次冲击波压缩极限的表达式解释了低Z流体在离解区域和电离区域的行为。

采用放电泵浦KrF准分子激光放大器放大波长为248.4 nm的紫外超短脉冲激光。对于能量为0.7 mJ、脉宽为550 fs的输入脉冲,在光束直径保持10 mm不变的条件下,能量放大到15 mJ,脉宽展宽到1 200 fs。为了压缩输出脉冲宽度,分析了群速度色散和自相位调制效应对脉宽展宽的影响。利用棱镜对,采用4种不同的实验方案对脉冲引入负的线性频率啁啾,以补偿KrF准分子激光放大器CaF2窗镜中的群速度色散和自相位调制对脉冲引入的正的线性频率啁啾。结果表明:在放大器之前放置棱镜对的方式可以在保持输出脉冲能量为15 mJ的同时,在棱镜对间距为110 cm的条件下,将输出脉冲宽度压缩到370 fs,输出波长为248.4 nm、带宽为0.4 nm。

分析了准分子激光脉冲在放大过程中的展宽现象。将饱和开关技术应用于放电泵浦激光器放大腔的放大压缩,发展了脉冲负反馈饱和压缩技术。利用该技术在天光一号系统前端LPX-150激光器上成功获得能量100 mJ、脉宽10 ns的脉冲输出,其空间分布均匀性保持在3%以内。这证明该技术可与无阶梯诱导非相干技术联合使用,在保证光束均匀性基础上进行脉冲压缩。