激光辐照靶面产生的后向受激布里渊散射(SBS)光经连续相位板(CPP)调制会产生衍射强值并对光学元件造成损伤。利用建立的SBS激光后向近场衍射传输模型及菲涅耳衍射理论,分析并数值模拟了衍射距离、CPP设计参数和应用位置等参量对近场衍射调制的影响。结果表明:在一定范围内,近场调制度随衍射距离的增大而迅速增强;CPP相位幅度、最小空间周期和频谱控制均会影响近场调制,其中相位幅度的影响较大;倍频CPP对近场调制的影响小于基频CPP对近场调制的影响。CPP后向近场衍射传输分析有助于理解相位型光学器件的近场光强分布,对高功率激光系统中光学元件的排布及CPP的优化具有指导意义。

结合非线性强度和相位调制作用,研究束匀滑相位板整形焦光斑在焦面附近传输变换的特性。采用衍射光学理论方法来计算三维空间离焦面上的光场分布,引入光斑落点漂移和光强对称度两个指标参量来表征光斑在传输演化过程中的性能。研究分析了高通量激光辐照下非线性效应对连续相位板整形焦斑的影响,尤其是楔形透镜厚端和薄端的较大差异引起的小尺度自聚焦强度调制差异,该差异使得光斑传输至焦点后的一段距离后开始渐渐偏离光轴,同时其整体强度分布也出现不对称度偏置。结果表明,非线性强度畸变的影响远大于相位畸变的影响,在给定激光装置光路中5 GW/cm ²功率密度的入射条件下,焦点后4 mm处光斑落点漂移超过0.1 mm,光强左右不对称度偏置达到30%。

为实现高功率激光驱动器中大口径光学元件表面疵病的低漏检率识别，针对微弱疵病的低信噪比特点，提出了改进的局部信号强度比自适应检测算法。利用信号图像中疵病与邻域非疵病区域的信号强度差异，构造了一类滤波模板对信号图像进行自适应局域增强，可有效提高疵病信号强度值和显著增强信号图像的疵病信噪比。对种子图像进行种子点的筛选与自适应区域生长，并进行精确提取完成损伤区域的完整分割。改进后的局部信号强度比算法能有效识别低信噪比微弱疵病，在全内反射暗场侧向照明成像条件下，可识别出约30 μm的疵病坏点。与现有的局部信号强度比算法相比具有更低的漏检率，结果表明等价圆直径在50 μm以上的损伤点的漏检率低于0.4%。

为了提高聚焦光束质量,针对高功率激光驱动器的连续相位板(CPP)进行设计,改进了传统盖斯贝格-撒克斯通(G-S)算法的设计。设计基于分步分段控制相位板频谱的目标,约束初始相位的选取,保留带有目标焦斑低频信息的初始相位信息,在迭代过程中适当控制中高频信息。实验结果表明,相对于传统随机连续初始相位,改进后CPP作用下的焦斑顶部光强方均差误差(RMS)能更快地收敛到目标阈值。改进的初始相位不仅避免了G-S算法可能产生局部最优的问题,而且也能很好地应用于非对称焦斑的设计。

为适应高功率激光系统的紧凑空间需求，将基于二阶鬼像的远近光场耦合方案应用于高功率激光准直技术中，设计并搭建出灵敏的小型准直光学系统。提出完备的测试方案，验证了该方案的可行性，获得近场测量灵敏度为7.04 μm/pixel，远场测量灵敏度为18.14 (″)/pixel，并得到远场变化对近场的影响关系，用以优化光束校准。相比于传统远、近场分离的准直系统，该方案在满足成像质量和分辨率要求的同时，大幅缩减了光路和器件数量，远、近光场相互影响和校准的反馈处理更便捷。

为了提高熔石英元件表面抗激光损伤阈值, 利用超声波辅助HF酸研究平滑光学元件表面缺陷形貌和去除刻蚀后残留物效果, 通过扫描电子显微镜电镜和原子力显微镜记录表面形貌结构, 以及单脉冲激光辐照测试抗损伤阈值确定实验参数。研究表明, 超声波场的引入能催化HF酸的刻蚀速率、提高钝化效果并且更易剥离嵌入的亚μm级杂质粒子。经过实验测试, 获得了熔石英类元件相匹配的超声辅助HF酸刻蚀实验参数, 研究结果对应用超声波辅助HF酸研究熔石英表面抗激光损伤有重要意义。

基于非线性耦合波方程分析了神光II升级系统中束匀滑技术对三次谐波转换过程的影响。模拟结果显示：400 μm焦斑所采用的连续相位板将引起1.4%左右的效率下降，近场对比度增加量约为0.02，均在可接受范围内；但当焦斑达到800 μm时将会引起 6%左右的效率下降，并导致近场对比度增加近0.05，无法兼容目前系统设计，必须进一步优化连续相位板设计方案；而谱色散匀滑技术引入光谱展宽达到60 GHz时将引起5%左右的效率下降，且会引发明显的时间纹波扰动；但是谱色散匀滑引入的空间角谱扫描并不会明显影响谐波转换效率，因此在高通量运行时，需要适当减小调制带宽以提高谐波转换效率和系统的稳定性。

在神光II九路装置上，利用谱色散匀滑(SSD)技术结合分布式相位板(DPP)技术，研究了激光焦斑在一维、二维谱色散匀滑下的分布。结果表明，一维谱色散匀滑使焦斑的焦斑通量对比度由0.7634[均方根（RMS）]下降到0.3685（RMS），结合二维匀滑下降到0.2638（RMS）；并结合各种评价方法对焦斑进行分析。实验为谱色散匀滑技术在神光II在线应用提供了参考。

透镜列阵常被用于改善高功率激光装置均匀照明系统焦斑空间强度分布的均匀性。将模拟退火算法引入透镜列阵的优化设计中，通过改变列阵元的尺寸及其正负透镜属性，在保证焦斑能量利用率的同时把焦斑的不均匀度从经典设计下的0.2268降低到0.1202，大大改善了远场焦斑的空间均匀性，并通过对比传统设计和优化设计下焦斑的功率谱密度曲线，分析了不同的设计结构对焦斑形态的影响。

通过对分布式相位板和光谱色散匀滑技术联用的模拟计算，分析了联用实验中焦斑的变化，论证了非设计采样点光强的不可控性对焦斑匀滑质量的损害。模拟结果证实了光谱色散匀滑技术对色散方向上的焦斑均匀性的改善，焦斑不均匀性由58.30%降为19.50%。通过分析焦斑不均匀性与光谱色散匀滑积分时间的关系，发现5~6个光谱色散匀滑调制周期时得到最优匀滑效果。对焦斑频谱的分析显示，光谱色散匀滑技术可以有效抑制由非设计采样点光强引入的高频成分，26.3 μm内的光强调制被平滑，同时很好地保持了由分布式相位板决定的焦斑低频包络，在实验与模拟中均得到很好验证。为进一步的分布式相位板与光谱色散匀滑技术联用设计提供了理论依据。