从惯性约束聚变系统高功率固体激光驱动器中具有典型意义的大口径激光传输反射镜的装配结构及其面形精度特点出发，对其波前误差进行了精细化建模分析，分别研究了粗糙度、纹波度和轮廓度的波前误差模型。在此基础上，进一步针对如何在装校过程中将装配应力产生的波前误差控制在合理范围内的问题，提出了方均根梯度与峰谷值相结合的波前误差评价和控制方法，并通过实验验证了其可行性，以期为我国神光-III主机装置大口径反射镜装校过程中波前误差控制提供科学指导方法。

从激光器热效应出发, 由热效应的产生、危害以及解决方案入手, 分类详细阐述了薄片激光器、热容激光器、板条激光器以及光纤激光器的基本原理及其在高功率输出方面的进展。以激光**作为实际应用典例, 综述了近年来各国激光**的项目概况及进展, 在此基础上提出了高功率固体激光器的发展趋势, 即运行维护成本低、结构紧凑及无人机装载应用, 阐述了复合结构激光器的发展优势及其趋势。

从惯性约束核聚变(ICF)装置中具有重要作用的大口径激光传输反射镜出发, 基于中国神光-Ⅲ主机装置的工程实践, 分析了大口径激光传输反射镜夹持工艺的技术现状和难点, 建立了大口径反射镜受夹持力变形的通用力学模型, 提出了基于挠性零件的全新低应力夹持工艺, 并利用有限元仿真和现场实验相结合的方法对挠性零件的力学特性进行了工艺效果验证。基于挠性零件的特点设计了新的全口径反射镜组件, 对比研究了新旧工艺下夹持力对面形畸变(波前误差)的影响。最后, 结合全新反射镜组件和夹持诱导畸变数值解耦方法构建了更加高效的完整装配工艺流程。该研究对解决大口径光学元件夹持诱导变形这一难题具有重要意义, 有望为建设下一代ICF装置提供更加高效、可靠的技术方案。

从惯性约束聚变系统高功率固体激光驱动器中具有典型意义的大口径激光传输反射镜的装配结构及其技术精度特点出发，分析了其关键面形误差指标的形成原理，研究了反射镜单元的装配预紧基本力学模型。并在此基础上，进一步针对空间安装状态的反射镜面形无法精密检测难题，提出了“精密检测—数值建模”相综合的面形误差分析与预测方法，以期为我国“神光-III”主机装置大口径反射镜的集成化装校工程提供科学指导方法及有力的技术工具。

通过离线实验指出了神光Ⅲ主机装置联机调试阶段中限制系统隔离比提高的主要因素来自于转角体结构中反射膜引入的退偏效应。从膜系理论出发建立了神光Ⅲ主机装置中的转角体结构的反射系数的计算模型，进而通过计算指出了退偏效应的主要来源是反射膜层厚度的偏差，然后通过数值计算与离线实验结果的对比确定了转角体结构中各个反射镜的反射系数。由此得到了转角体结构的总反射系数及其造成的神光Ⅲ主机装置系统隔离比的提升上限和进一步提升系统隔离比的思路。

利用共轭原理设计了用于惯性约束聚变的束靶耦合传感器，不仅解决高精度打靶，同时避免模拟准直光在瞄准过程中直接辐照实验靶。根据束靶耦合传感器的设计功能和工作原理，进行系统的光学设计和机械结构设计，通过成像实验采集的图像光学分辨力达到6 μm，束靶耦合精度8.8 μm。该束靶耦合传感器已经成功应用于神光-Ⅲ原型装置，通过针孔相机采集的四孔CH靶图像，统计计算得到装置的打靶精度优于25 μm，满足设计打靶的束靶耦合精度的指标。

综述了目前获得高功率激光输出的板条、薄片激光器以及运行于热容模式固体激光器抽运耦合方式的进展，分析了这几种固体激光器的抽运耦合技术路径，比较了各类抽运耦合方式在克服热效应方面的优缺点，展望了固体激光器抽运耦合技术的发展趋势。

为研制高功率的板条功率放大模块, 对Nd:YAG板条激光器的增益介质的热结构进行了研究。采用有限元方法仿真了高功率激光二极管阵列端面抽运Nd:YAG板条介质的温度、应力分布, 数值模型考虑了抽运光在介质内的不均匀分布。结果表明,板条介质掺杂和未掺杂结合部位温度和应力最高, 是整个板条介质的薄弱环节, 应优化设计避免板条破裂。以此为参考设计高功率放大模块, 而后搭建激光放大链路, 种子光功率2.5 W, 通过一级预放模块四程放大后, 再经过四级功放模块双程放大, 实现了11 kW激光输出。实验中测量了高功率抽运条件下增益介质的温度分布,与数值仿真结果基本符合。

光学元件“缺陷”制约着高功率固体激光装置负载能力的提升。从统计角度建立了振幅调制型“缺陷”模型,并针对神光Ⅲ原型装置助推放大级分析了“缺陷”分布的统计参量与光束近场质量的关系,得到了一般规律。结果表明,“缺陷”总密度的增加和幂指数的减小都使系统输出光强的中高频成分增加,光束近场质量变差;总密度的变化引起光强各中高频成分变化的幅度近似相等,频率间相对比重基本保持不变,幂指数的变化却会引起各频率间相对比重发生变化;一定范围内,“缺陷”尺寸越大对近场质量的影响越严重;对于助推段,需将元件的“缺陷”总密度控制在600 cm-2以下,幂指数控制在2.5以上。研究结果可为降低元件的损伤风险以提高系统的运行负载提供参考。