从Sellmeier 方程出发得到了BBO 晶体在1550 nm 波段具有波长不敏感的性质，因此BBO 晶体可用于掺铒光纤锁模激光器的宽带倍频。采用分布傅里叶方法对倍频耦合波方程进行了数值求解，得到了不同功率密度以及不同脉宽基频光的情况下倍频效率和转换带宽随晶体长度的变化关系，提出了晶体最佳长度的选择标准。与小信号近似的选择方法相比，该方法的适用范围更广，可用于不同功率密度情况下的晶体长度选择。

介绍了中物院激光聚变研究中心在神光-Ⅲ主机装置建设、大口径高通量验证实验平台研制、神光-Ⅲ原型装置运行与性能提升、支撑激光驱动器建设的精密装校与洁净处理技术和精密光学检测技术、星光-Ⅲ激光装置建设、PW量级全光参量啁啾脉冲放大系统技术以及高功率波导激光技术等方面的主要研究进展情况。

基于非线性薛定谔方程(NLSE)建立了自相似脉冲在振荡器中的产生模型，在此模型的基础上研究了自相似脉冲在激光器中形成的物理机制。通过合理设置参数，得到自相似锁模脉冲在激光器中的演化。此自相似脉冲具有严格的线性啁啾，可压缩至90 fs，脉冲峰值功率可以达到26 kW。在谐振腔内，随着位置的变化脉冲宽度被展宽或压缩，这种变化主要源于光纤内的自相位调制和色散综合作用。随着腔内净色散的增加，锁模脉冲输出能量逐渐增加，腔内脉冲呼吸比逐渐降低。随着抽运功率的增加，脉冲能量和腔内呼吸比也随之增加。这种可呼吸的自相似脉冲可在腔外压缩至接近变换极限，且具有超高峰值功率。

基于光纤中的耦合波方程和琼斯矩阵建立了非线性偏振旋转锁模光纤激光器的数值模型，模拟研究了抽运激光功率抖动和腔长抖动对锁模激光器输出脉冲幅值抖动的影响。结果表明，抽运激光功率Pp的抖动对锁模激光器脉冲幅值抖动影响较大，幅值抖动随着Pp抖动的增大而增大，当抽运功率有±3%的随机抖动时，锁模脉冲幅值的均方根(RMS)值达到0.82%，峰谷(P-V)值达到2.84%；而腔长抖动对脉冲幅值抖动影响较小，但腔长抖动会带来较大的脉冲时间抖动。因此要得到极低时间抖动和幅值抖动的锁模脉冲，必须对抽运激光功率和腔长的抖动加以控制。

为了克服目前高能短脉冲装置压缩光栅的损伤阈值无法满足要求的问题，针对星光Ⅲ装置皮秒激光束的压缩器，设计了由熔石英材料构成的、具有较高损伤阈值的光子晶体光栅，该光栅由2维光子晶体和表面光栅结构两部分组成，具有高反射效率和强角色散的能力。计算结果显示:经过优化设计的光子晶体光栅在波长1 053 nm，57°～77°的入射范围内，-1级衍射效率超过了92%，而当入射角为71°时，在1 040～1 090 nm光谱范围内，-1级衍射效率超过92%，性能满足使用要求。

多路光的相干合成是高功率固体激光装置的关键技术之一。基于合成模型, 对4组tilt/tip-piston镜采用并行梯度算法, 通过模拟计算实现了光束间的位相锁定和相干合成。结果表明有限次算法迭代次数内, 相干合成时远场焦斑10 μm半径范围内的强度比约为非相干合成时的4倍。基于高频响应驱动器和对应的高速控制算法将有可能实现高功率固体激光装置多路输出光束间的相干合成。

根据实现快点火激光的预估参数要求，分析了非相干组束和相干组束是否可满足快点火所需的激光功率密度和能量。引入与实际情况相当的畸变波前分析远场焦斑，为了满足能量要求非相干组束需要组合更多的光束，并改进驱动器的稳定性将角漂控制在±2 μrad范围内；相干组束可获得更小的焦斑有利于提高功率密度，同时可降低对能量的要求，但仅对单路光分别进行波前补偿并不能提高能量集中度，需要引入复杂的监测和控制设备对整个通光孔径内的波前(包括束内和束间)进行全局控制。基于目前提出的参数要求和波前校正能力，非相干合成更易实现快点火，但相干合成则具有更广泛的应用潜力。

The development of phased-array grating compressor is a crucial issue for high-energy, ultra-short pulse petawatt-class lasers. Almost all systems have adopted a tiled-grating approach to meet the size requirements for the compression gratings. We present a computer-control test system utilizing near-field interference and far-field focusing capable of monitoring and fast correcting tiled errors of the grating compressor. In this system, the tilt/tip errors between the two gratings are determined by the Fourier transform (FT) of the individual interference fringe, and the piston errors are determined by the ratio of the two primary peaks formed in the far-field pattern as a function of the piston difference. Monochromatic grating phasing is achieved experimentally and pulse compression is demonstrated with a tiled grating system.

利用准单色光干涉理论, 计算了2×2平顶高斯超短脉冲激光在远场的干涉图样, 分析了激光的时间部分相干性及其存在束间相位差时对相干合成的影响。计算结果表明, 当单路激光输出光束线宽小于100 nm时, 理想波前的远场光斑图样和峰值光强基本保持不变, 当光束线宽大于100 nm时, 干涉减弱衍射效应逐渐增强; 光束间存在相位差时, 时间部分相干性将破坏远场图样随束间相位差的周期性变化, 相位差越大干涉越弱; 当超过相干长度时, 则为非相干合成, 但1/6倍相干长度范围内,仍可视为较理想的相干合成, 此时焦斑的斯特列尔比大于0.9, 对超短脉冲的相干合成影响可忽略。

研究了啁啾堆积脉冲的时间精细结构与子脉冲带宽、相位、啁啾量等因素的关系。结果表明:随着子脉冲带宽的微小变化，啁啾堆积脉冲的峰值功率为相同输出能力窄带脉冲功率的1.5~3.0倍；当子脉冲间存在着随机相位扰动时，啁啾堆积的峰值功率约为相同输出能力窄带脉冲功率的3倍。建立了啁啾堆积脉冲的时空非线性传输放大模型，模拟得到堆积脉冲传输过程中的非线性增长因子，并与相同能量的窄带脉冲进行了比较，揭示了啁啾堆积脉冲在高功率激光装置中的传输放大过程中出现的一些新现象以及可能导致的后果。