为了提高惯性约束聚变（ICF）激光装置中连续相位板（CPP）的焦斑性能，建立了波前畸变下连续相位板焦斑的理论计算和分析模型，并根据CPP使用条件搭建了三倍频大口径CPP远场离线测试系统。对加工330 mm×330 mm 口径的CPP和波前畸变元件进行了理论计算和离线测试实验的对比研究。理论计算和实测的焦斑形貌、参数数值均非常一致，验证了计算模型的正确性和实验系统的可靠性。理论和实验结果一致表明，波前畸变对CPP焦斑性能的影响非常严重，当弥散斑为0.5倍CPP焦斑时，畸变量已对CPP焦斑形貌产生了很大影响，能量利用率下降值大于4%，焦斑半径增大超过20 μm，陡边阶数下降1.3阶，不均匀性均方根(RMS)值下降6%，旁瓣份额增长超过0.5%。

在惯性约束聚变(ICF)研究过程中，焦面上聚焦光斑形态要求极为苛刻。基于离线测试平台，从实验上研究了各种应用误差对连续相位板(CPP)远场焦斑能量集中度的影响。得出光束旋转误差、口径误差、平移误差和倾斜误差在可控范围内CPP远场焦斑能量集中度均高于95%，其波动范围小于0.5%，CPP的容忍度较强。而实验畸变波前属于空间频率小于0.02 mm-1的低频波前，严重影响了CPP的整形能力，波前畸变是影响能量集中度高于90%的主要因素。

为提高惯性约束聚变系统中聚焦光斑的能量集中度，分析了在应用过程中影响连续相位板性能的主要误差来源，并建立了相应的数学模型。通过分析得出存在误差时远场焦斑的能量集中度和均方根值，且口径误差、对准误差、振幅畸变误差对连续相位板的聚焦性能影响很小，波前畸变影响能量集中度的权重最大。进一步分析可知：当畸变波前相关长度与连续相位板的最小空间周期(10 mm左右)相当时，畸变波前极大地影响激光的聚焦性能，提高惯性约束聚变系统中畸变波前的相关长度是提高聚焦光斑的能量集中度的有效方法。

提出一种针对光强接收面为离焦曲面的连续相位板(CPP)的设计方法，该方法改进了传统的Gerchberg-Saxton (GS)迭代算法，不再以焦面作为设计目标，在每一次的迭代过程中都考虑实际离焦的影响，以离焦面作为设计目标；同时为了解决曲面设计问题，提出修正重构离焦面上的目标光强函数的方法。模拟计算表明，新的连续相位板设计方法，相对于以焦面作为设计目标的传统方法，可以很好地控制离焦曲面上的焦斑轮廓，得到很高的能量集中度，可满足惯性约速聚变对束匀滑元件相位连续性、光斑包络及能量集中度的要求，较好地解决了离焦曲面上的束匀滑问题。

为降低高功率激光系统中连续相位板(CPP)后续元件的强激光损伤风险，综合考虑入射光强调制、干涉及衍射作用等多种影响因素，建立了CPP近场计算分析模型，模拟和分析了这些因素对CPP后的近场均匀性的影响。理论分析结果表明：CPP后的光束近场均匀性主要受入射光调制、CPP表面剩余反射率和衍射传输距离的影响；当入射光束质量较差时,CPP后的近场均匀性主要由入射光束质量决定，CPP剩余反射率和衍射传输距离对近场均匀性影响相对较小；但当光束质量比较理想时，干涉和衍射作用会破坏CPP的近场均匀性，衍射传输距离影响尤为突出。

连续相位板(CPP)是大型激光装置中用于控制光束形状、能量和波前分布的一种重要衍射光学元件。为改善聚焦光束的质量，建立了基于现有工艺的大口径CPP理论设计模型，优化了传统衍射元件设计算法。采用该算法设计了用于背光照明的Ф330mm CPP，开展了数控化学抛光制作CPP试制，并在大型激光装置上开展了验证实验。结果表明，基于工艺改进算法设计的CPP具有更好的加工特性和焦斑性能，基本实现了整形和匀滑性能，能够较好满足现有工艺约束条件和物理需求。

研究了光线追迹和随机相位滤波作为初始相位设计的连续相位板下, 光束畸变对连续相位板整形性能的影响。结果表明：随机相位滤波得到的连续相位板相比光线追迹获得的连续相位板, 在幅度畸变、离焦的容忍度等方面都有优越性;进一步分析了相位畸变、对准误差、口径误差等对连续相位板性能的影响, 确定了相位畸变是影响性能的首要因素, 并且大目标焦斑的畸变宽容度更大, 由此引入了波前的相对畸变因子, 在所定义的连续相位板性能标准下, 波前容忍度为0.5。

为了满足大型激光装置中驱动源聚焦光斑的均匀光强分布、高能量利用率和小旁瓣等特殊要求,提出了采用追迹法和改进G-S算法相结合的连续相位板设计方法。进一步采用衍射积分方法模拟了该连续相位板的光学性能,计算得到其产生的焦斑具有类似24阶超高斯分布,其顶部光强均方差σRMS＝0.35%、顶部调制度γ＝1.33%、能量利用率η＝99.79%。结果表明,该方法不仅具有追迹法计算简单、运算量小的优点,而且克服了G-S算法容易陷入局部最优的缺点。采用该方法设计的连续分布,解决了加工难题,从而也提高了相位板的匀滑性能。

为改善惯性约束聚变(ICF)系统中聚焦光束质量,降低元件的加工难度,建立了基于工艺的连续相位板(CPP)理论设计模型,并从初相选取、相位展开、滤波、焦斑频谱控制等多方面改进了传统的G -S算法,比较分析了传统设计方法和基于工艺设计方法设计的CPP的加工特性和焦斑性能。基于工艺设计的CPP面型光滑,其产生的焦斑顶部均方根(RMS)和能量利用率η分别从传统G -S的62.8%和98.0%改进到16.9%和98.6%,而且有效抑制了10-100 μm的频谱成分。结果表明,基于工艺的CPP设计方法能够较好满足现有工艺约束条件和物理需求。

用改进的盖斯贝格-撒克斯通(G-S)算法对满足加工能力的连续相位板(CPP)进行了设计，并从对焦斑的整形能力、三倍频转换效率、近场强度调制等方面详细分析了基频光CPP和三倍频光CPP的性能优越差异，结果显示，基频光CPP可以满足焦斑的形态要求; 在采用三倍频晶体(KDP)“Ⅰ+Ⅱ”倍频方式下，失谐角越大，转换效率受影响越大，且影响程度受目标焦斑大小的限制; 对三倍频转换效率影响越大，三倍频光近场调制越大。计算结果对神光Ⅲ原型装置的CPP应用具有一定的指导意义。