基于非线性传输方程与五能级速率方程的耦合模型分析了超高斯脉冲在反饱和吸收(RSA)作用下的动态响应特性。研究了脉冲时空波形在RSA材料中的演化规律以及脉冲与材料相互作用的动力学过程。讨论了单重态第一激发态寿命对输出脉冲时空波形的影响，并优化了材料参数以避免时空畸变。对新型RSA材料的开发以及在时空波形敏感领域的应用具有指导意义。

采用神光-Ⅲ原型装置“多路放大器级联”的方式，构建了神光-Ⅲ主机装置主放大器构型验证平台。在此平台上开展了小开关隔离能力、主放大系统静态透过率、主放大系统隔离比等性能测试，并且考核了大能量发射时的主放大系统基频光输出能力。结果表明：输出基频光的平均通量达到了神光-Ⅲ主机装置的设计水平，同时验证了神光-Ⅲ主机装置主放大系统构型设计的可行性。

脉冲的时间调制严重威胁高功率聚变激光装置在高通量下运行的自身安全甚至使聚变点火失败，因此必须根除或充分抑制。提出了一种基于光限幅效应时域滤波的方法，光限幅效应是非线性光学过程，可以通过材料实现低光强输入时透射率较高，高光强输入时透射率较低。介绍了光限幅效应的主要机制、研究概况，分析了适合用于光路中的限幅机制，最后讨论了该时域滤波方法在实际光路中的应用形式及发展前景。

为进一步提高神光-Ⅲ原型装置8束三倍频激光焦斑的能量集中度，需要对神光-Ⅲ原型装置的全光路系统波前进行校正。其中的关键技术之一就是要准确获得全光路系统的波前畸变。神光-Ⅲ原型装置的8束激光主放诊断包内均配置了一套哈特曼波前传感器，可以较为方便地获得主放大系统输出波前，但却无法直接获得靶场系统波前。解决方法主要有逆向标定和靶点直接测量两种，通过比较两种方法的技术复杂性、测量准确性等指标，结合对校正前后远场焦斑的测量，最终确定采用靶点直接测量的方法能简单、有效地获得全光路系统波前畸变。

为解决高功率固体激光系统空间滤波小孔堵孔问题, 针对空间滤波小孔中的等离子体溅射现象, 对等离子体扩散１维分布模型进行了分析。分别对铝、金和碳等３种典型材料１维分布情况及扩散速度进行了数值模拟, 得到等离子体扩散速度大约为107 cm/s。根据模拟计算结果, 分析了神光Ⅲ原型装置助推放大级的堵孔风险, 结果表明, 在长脉冲情况下等离子体溅射造成的影响不可忽略。

分析了目前钕玻璃片、大口径反射镜和晶体等光学元件的波前特征, 同时对多路激光系统的静态波前和动态波前热畸变特征进行了统计分析。结果发现, 同类元件的波前特征具有很大的相似性, 因此不同路激光系统的静态波前特征也比较相似, 主放大系统静态波前以像散为主, 波前畸变峰谷值(PV)在2λ～3λ(λ为1053 nm)之间, 在采用90°旋转反转器的多程放大激光系统中, 主放大系统动态波前畸变以离焦为主, PV值在4λ～5λ之间, 扣除离焦后, 动态波前畸变PV值在1λ～2λ, 全系统最大波前畸变PV值可能超过6λ。

高功率固体激光装置中空间滤波器小孔可将光束中非线性增长较快的空间频率成份滤除，改善由光学元件缺陷导致的光束质量下降，因此小孔的尺寸设计是关系滤波效果的关键因素之一。从抑制非线性最快增长频率出发，对神光Ⅲ原型装置中非线性增长最严重的助推放大级非线性增益进行了理论计算，分析了不同频率成份非线性增长的特点，根据分析结果讨论了该级空间滤波器滤波小孔的尺寸设计要求。分析了影响小孔尺寸设计的两个主要因素：等离子体堵孔效应及低频环效应，并讨论了相应尺寸设计要求。根据分析结果，以神光Ⅲ原型装置助推放大级为例对空间滤波小孔尺寸设计方案进行了讨论。

高功率固体激光装置中空间滤波器小孔可将光束中非线性增长较快的空间频率成份滤除，改善由光学元件缺陷导致的光束质量下降，因此小孔的尺寸设计是关系滤波效果的关键因素之一。从抑制非线性最快增长频率出发，对神光Ⅲ原型装置中非线性增长最严重的助推放大级非线性增益进行了理论计算，分析了不同频率成份非线性增长的特点，根据分析结果讨论了该级空间滤波器滤波小孔的尺寸设计要求。分析了影响小孔尺寸设计的两个主要因素：等离子体堵孔效应及低频环效应，并讨论了相应尺寸设计要求。根据分析结果，以神光Ⅲ原型装置助推放大级为例对空间滤波小孔尺寸设计方案进行了讨论。

为了优化高功率固体激光装置波前补偿系统的设计方案, 基于构型验证装置开展了波前测试和补偿实验。实验结果显示, 虽然等效钕玻璃片数大大增加, 但由于主放采用了“U”型反转器技术, 扣除离焦量后的静态和动态波前与原型装置相比没有显著提高, 主要变化为离焦分量。若不采取任何补偿措施, 会影响激光在前级滤波器的顺利过孔, 造成近场缺光现象。实验中, 为保证激光在动态发射时顺利过孔, 采用了调节透镜的方式, 使激光在各级滤波小孔位置有合适的预留量。同时, 利用原型装置现有的小口径变形镜对扣除离焦后的像差进行补偿, 减小激光在末级滤波小孔位置的像差。综合上述两种方法, 成功解决了近场缺光的问题。针对未来高功率固体激光装置, 伴随着光束口径和等效钕玻璃片数的增加, 主放大器内的像差也会大幅度增加, 采用上述调节透镜的方式可能无法兼顾静态和动态两种状态下的通光问题, 需要在主放大系统内增加主动补偿措施, 为腔镜变形镜的应用提供了实验依据。