聚焦能力是高功率激光系统关注的主要问题之一,从实际效果来看,好的聚焦能力胜过虽有很高的输出光束能量但由于波前畸变而导致的低强度。因为真正参于与物质相互作用的是焦点,实际聚进焦斑的能量才是直接和峰值功率密度相联系的、真正用于与物质相互作用的有效部分。利用自适应光学技术控制变形镜面形,通过主动补偿波前畸变来提高聚焦能力,追求接近衍射极限的光束质量,是优化和提升强场激光物理物理国家重点实验室的0.89PW/29fs激光系统可聚焦功率密度有效而经济的手段。　　 本论文的主要任务是优化和提升拍瓦级激光系统波前质量和焦点功率密度。但如果利用常规波前校正方式,变形镜口径必须大于激光系统出射光束直径。对于0.89PW/29fs激光系统,为保护光栅等光学元件,光束压缩前已扩束到150mm。为校正拍瓦激光系统的输出波前,需要有150mm有效口径的变形镜。但这样大口径的变形镜价格昂贵,制备困难,而发展基于小口径变形镜对大口径光束的波前校正将会是一种有效经济的技术途径。因此根据0.89PW/29fs激光系统的特点和现有变形镜的条件,我们需要提出新的波前校正概念,设计新的校正环路来完成校正任务。　　 本文取得的主要研究成果概括为:　　 1)为更好的认识拍瓦系统输出光束波前畸变的起因,我们分段逐级测量了0.89PW/29fs激光系统脉冲波前,了解了光束在放大和压缩过程中波前的演变。根据zernike系数,分析了波前畸变的产生原因,以及波前畸变对聚焦光斑的影响。　　 2)对于0.89PW/29fs激光系统,为用50mm口径变形镜校正口径为150mm的出射脉冲光束波前,首先探索尝试了将变形镜置于离轴抛物面镜后端的波前校正新方法,并得到了一些有益的校正效果。这一校正方法虽不能用于实际的光与物质相互作用实验,但却帮助我们更深入准确的理解了光束传输和共轭像传递概念,为后续新的波前校正思想的提出奠定了基础。　　 3)依据0.89PW/29fs激光系统自身特点,创造性的提出了更为高效、简单、经济的波前校正概念——近焦点球面波前校正,并依此搭建了校正环路,获得了近衍射极限的校正效果。分别是,激光系统工作在10Hz时,经波前整形,F/4离轴抛物面镜后焦点半高全宽,由整形前的12.01×14.74um2(3.08×3.78倍衍射极限)提升到5.94×6.29um2(1.52×1.61倍衍射极限);F/10离轴抛物面镜后焦点半高全宽,由整形前的17.01×22.12um2(1.75×2.27倍衍射极限)提升到11.52×10.91um2(1.12×1.18倍衍射极限)。　　 4)在成功校正0.89PW/29fs激光系统10Hz脉冲波前畸变的基础上,完成了激光系统全能单发状态下的波前测量和整形。波前整形后,对于F/4离轴抛物面镜,焦点半高全宽为6.34×6.94um2(1.63×1.78衍射极限),焦点峰值功率密度已达2.59×1021W/cm2,为校正前可聚焦功率密度的6.11倍。除可聚焦功率密度获得大幅提升外,焦斑形状也大大改善,近乎圆形。焦点功率密度的提升和焦斑形状的改善,为后续的强场激光与物质相互作用提供了更有效的实验条件。　　 5)利用光束传输理论,论证了新环路能够形成的原因。最后利用衍射理论,我们还理论计算了焦点的几个主要物理参量,理论计算结果进一步加深了我们对自适应光学环路作用的认识。