激光在大气等介质中传输后,精准测量光斑强度时空分布,获取输出特性参数,对分析激光的大气传输效应及评价激光系统综合性能具有重要意义。阵列式靶斑仪是测量激光强度时空分布的重要设备,一般测量过程是激光束经过取样衰减后,到达光电探测器感光面,探测器将光信号转换成电信号,再通过模数转换输出数字信号。该测量方法具有直接测量激光光斑、实时性好、动态范围宽等优点,但现有的测量技术存在抗激光损伤能力较差、波长响应范围窄、对激光入射角度较为敏感、衰减倍率不能连续定量设计等问题。为了提高阵列靶对到靶激光功率密度的测量范围及入射角度的宽容性,本文从防护取样衰减技术出发,基于全反射与透射散射特性,设计了由镀金铜基面板、取样光纤、漫散射体组成的防护取样衰减结构,应用于阵列探测系统,研制了光纤阵列靶斑仪。实现了高功率密度激光参数高精度测量的同时大幅降低了取样衰减结构对入射光波长、入射角度的敏感性。论文的主要研究内容有以下几个部分:首先,从光束与介质相互作用的原理出发,从光学辐射度量角度,讨论了光学系统里存在的反射、透射、吸收、散射等特性,得出了透射式光学系统存在的光能损耗计算公式。论述了吸收与透射存在的波长选择性问题,为光学系统中元件材料的选取提供了理论依据。讨论了散射特性与组成粒子尺度的关系,结合双向散射分布函数表达了材料的散射特性,介绍了相关的散射模型。然后,研究了激光束大角度取样方式,分析了取样孔传光损耗特性,针对应用于高功率密度激光参数测量的孔深/孔径较大的取样小孔,通过减少孔内反射次数、增大侧壁反射率的方式可以提高有角度取样传光效率。并对不同孔型设计、不同侧壁反射特性的取样孔进行了数值仿真模拟。基于全反射特性,设计采用取样孔插大数值孔径光纤的结构进行光束取样,结果表明可以实现孔径角范围内无敏感传光,具有较大的角度宽容性。分析了光纤取样传光效率及出射光斑的影响因素,实际应用中可以依据系统组成元件的损伤阈值设计取样光纤参数。接着,研究了光束的匀化和衰减特性,基于双向透射分布函数与ABg散射模型,推导了散射材料的角度响应特性与光强衰减倍率的计算公式,建立了散射仿真模型。设计了相机成像的实验方法,测试了多种散射材料的角度特性及响应一致性,结果表明漫散射体材料是最接近于漫透射特性的,出射光强分布不随入射角度改变,是激光束大角度测量应用的最佳选择。并对漫透射到探测面的响应强度进行了分析,得出在入射光总功率不变的情况下,一定散射距离的响应强度与入射光斑形态无关,实际应用中可以通过调节散射距离进行探测面光强衰减倍率设计。最后,综合对高功率密度激光束大角度取样、匀化和衰减方式的研究,结合热力学仿真与光学设计仿真,设计了由镀金铜基面板、取样光纤、漫散射体、消光通道、探测单元组成的防护取样衰减结构,并对探测单元的响应特性进行了实验验证。将设计的防护取样衰减结构应用于阵列探测系统,研制了光纤阵列靶斑仪,应用于实际工程,测试了实验光斑,结果表明设备角度使用特性良好。