大型激光装置要求KDP(Potassium Dihydrogen Phosphate,KH₂PO₄)晶体在加工阶段进行高精度定轴,以降低后续装调难度,提升批量装调效率。为此在加工阶段,提出一种在位检测反馈和多次调节逼近的晶轴角度校正策略,从原理上避免了校正精度严重依赖调节工装精度、重复装夹误差大、机床直线度引入误差等问题;并且为提升晶轴角度的校正效率,研制了电动控制的高精度吸盘角度调节工装,解决了校正角度大、精度要求高的难题。验证结果表明:采用研制的高精度吸盘角度调节工装,经过3轮次的迭代,可以将晶轴角度误差从2~4 mrad快速收敛至20 μrad以内,满足大型激光装置的要求。所提策略的校正精度仅取决于测头移动长度和测试精度,且元件口径越大、测量精度越高,校正精度就越高,因此所提策略特别适用于大口径KDP晶体元件的晶轴角度的精密校正。

采用高质量的标准位相结构是实现光学干涉检测系统的系统传递函数精确校准及保证光学元件波前/表面中高频段信息准确检测的前提.通过对二元伪随机光栅结构和台阶位相结构两类典型表面进行模拟,分析了空间周期误差及跃变边缘陡度等制造误差对于检测系统传递函数校准的影响,并分析了检测系统CCD对二元伪随机光栅欠采样和过采样时功率谱密度(PSD)的变化.结果表明:存在同等制造误差时,二元伪随机光栅结构比台阶位相结构对检测系统传递函数中高频能够实现更高精度的校准;当对二元伪随机光栅存在欠采样或过采样时,均会造成PSD随频率的下降,可通过对理想二元伪随机光栅的高度分布进行相应的采样修正消除因采样对传递函数校准的影响.

大口径光学元件中频波前的准确评价已成为高功率激光系统中关注的焦点，元件中频波前均方根值是重要评价指标之一。根据波前中频检测频段及波前检测设备频响特性，将波前的中频区域分为两个检测频段，分别采用干涉仪和光学轮廓仪实现了中频波前均方根值的检测。采用大口径干涉仪可实现全口径波前中频区域低频段波前的检测，通过比对大口径干涉仪和采用小口径干涉仪结合分块融合平均方法的检测结果，提出采用分块融合平均方法也可检测相应频段全口径波前均方根。采用光学轮廓仪通过离散采样的方法检测大口径元件中频区域高频段波前均方根，针对不同离散采样方式的实验结果表明: 3×3的采样方式能满足对410 mm×410 mm口径元件中频区域高频段波前均方根的检测。

使用I类非共线相位匹配结构，建立三维空间和时间的数值计算模型，优化设计了一个焦耳级光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）系统。该系统主要由两级三硼酸锂(LBO)预放大器和一级三硼酸钙氧钇(YCOB)功率放大器组成。通过将抽运光的时空波形整形成超高斯形状、使用走离补偿结构、仔细分析及选取各级参量放大器的长度等措施，保证了最后输出信号光的能量稳定性，同时还获得了较高的能量转换效率和好的光束质量。理论设计结果表明，该系统的各项参数均满足神光Ⅱ九路前端的技术指标要求，是一个具有可行性的设计方案。