惯性约束聚变高功率固体激光装置研制对大口径光学元件提出了全频段精度控制指标要求, 以及高效率、批量化制造需求。本文围绕“超精密、确定性”强激光光学元件全流程制造方法, 总结了近几年大口径强激光光学元件超精密制造技术取得的重要进展, 重点介绍了单点金刚石超精密切削技术、非球面超精密数控磨削技术、确定性抛光技术等一系列关键技术, 以及相关工艺及装备在强激光光学元件批量制造流程线中的应用情况。

神光-Ⅲ主机装置多束光脉冲之间的同步时序控制是通过三台任意波形发生器来实现的。提出由同步系统提供外时钟、外触发信号来实现三台任意波形发生器同步工作，并通过闭环监控手段来解决任意波形发生器开关机、重新加载时间波形后的相位跳变问题。实验验证证明采用该技术方案能够实现三台任意波形发生器的同步工作，保证了神光-Ⅲ主机装置高速时序的低抖动控制。

为了解决空间滤波器滤波针孔堵孔问题，提出了一种新型柱面镜空间滤波器，新型柱面镜空间滤波器由柱面镜和狭缝构成。利用线性传输理论，对高功率激光束在新型柱面镜空间滤波器中的传输特性进行了数值模拟。结果表明：新型柱面镜空间滤波器的焦斑面积比传统滤波器大，而焦斑功率密度较小；新型柱面镜空间滤波器的滤波效果与传统滤波器相同，近场均匀性也相同。因此新型柱面镜空间滤波器能够抑制空间滤波器堵孔效应，可以缩短空间滤波器系统透镜焦距，从而提高功率装置的整体性价比。由此，采用新型柱面镜空间滤波器替换传统球面镜空间滤波器具有可行性。

在高功率激光装置的预放系统中，高增益放大单元提供超过106的增益倍数，极易形成自激振荡，降低光束放大倍数、破坏光学元件。基于高功率固体激光系统自激起振的主要判据，通过分析钕玻璃高增益系统损耗与增益的大小，研究了神光Ⅲ原型装置高增益放大单元的自激振荡问题。分析了系统可能存在的自激振荡腔，指出系统可能存在3个起振的振荡腔。通过采取钕玻璃端面引入倾角、适当的光路调节、加隔离和电光开关等方法，在一定程度上抑制了自激振荡，进行了相应的实验验证，实验结果表明通过上述措施基本消除了自激光问题。

针对高功率激光装置，基于自研鬼像追迹软件(GA)的鬼像分析结果，采用辅助设计方法在装置的三维结构模型中形象、直观地显示鬼像的分布情况，精确计算出鬼像光束传输过程中与装置的干涉情况；并对典型未知的鬼像危害进行分析，提出了可采取的规避措施。所开发的软件能够满足高功率激光装置不同要求的鬼像分析计算，其分析结果直接应用于装置的设计，对于缩短设计周期、提高光束质量、降低装置造价具有重要意义及明确的应用前景。

利用阵列反射镜面的三维调整(绕y/x轴旋转和沿z轴平动)可实现多路光束间的相位差校正和焦斑定位。基于此建立了2×2光束相干合成控制模型，并采用光学追迹和衍射计算求解模型，计算得到旋转±0.5 μrad，平动±105.3 nm的调整精度。在精度范围内进行蒙特卡罗误差分析，比较了平面波和非平面波入射条件下的系统性能，并对对称结构光束布局进行了统计分析。结果表明，对称结构可有效提高远场焦斑直径20 μm环围功率比的统计平均水平。对大型高功率固体激光装置实现相干合成提高输出功率水平具有重要意义。

离轴抛物面镜广泛应用于高能短脉冲激光装置的无像差聚焦打靶，随着对焦斑能量的需求越来越高，大多采用多路激光聚焦打靶，对聚焦元件提出了新的要求。大口径拼接抛物面镜可确保光学元件面型精度优于λ/4，且具有较好的可扩展性，90°离轴设计能有效增加激光的聚焦效率。基于几何光学和衍射光学，分析了90°拼接离轴抛物面镜作为聚焦终端时，拼接子镜的角度和位置失调对聚焦光斑的影响。结果表明，面外角度倾斜和光轴方向面外位置失调对焦斑斯特列尔比和20 μm直径环围功率比的影响远大于面内旋转角和位置失调，在进行拼接设计时无需补偿面内失调量；计算得到角度倾斜与位置失调的精度分别为±0.5 μrad和±105.3 nm，并采用蒙特卡罗误差分析对拼接后抛面镜的空间聚焦性能进行了预测，在该精度条件下可满足要求。

大型高功率固体激光装置通常要求总的打靶精度为几十微米，这对结构的稳定性设计提出了很高的要求。本文以一大型激光装置为背景，以关键光机系统为例进行稳定性设计。通过采用钢筋混凝土建筑结构、一体化结构和桁架结构、隔离振动源增加结构刚度等方式减小光机结构对环境振动的响应，提高结构的稳定性。然后，应用有限元理论对关键光学元件及其支撑结构的稳定性进行分析，以验证光机结构设计的合理性。分析结果显示，该系统中腔镜的最大转角为0.14 μrad，注入系统角漂元件的最大转角为0.423 μrad，光束切换模块反射镜的最大转角为0.394 μrad。计算结果表明：设计的结构合理可行，关键光学元件均满足稳定性设计指标的要求，且裕度系数＞1.5。

从某高功率固体激光装置的实际需求出发, 优化设计了能够满足装置需求的组合透镜组, 并基于公差分析给出了各组组合透镜加工装配的公差要求, 为组合透镜在高功率固体激光装置中的工程应用提供了有力的支持。组合透镜在高功率固体激光装置中的应用对降低装置工程造价和提高光路的稳定性有较大意义。