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惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion-ICF)是当今国际上的重大科研领域，有着极其重要的科学意义和应用前景。高功率激光驱动器是探索实现聚变点火的重要技术手段和途径。ICF实验研究对激光光束质量有着十分苛刻和特殊的要求，不仅要求在靶面上有极高的光强均匀性，即远场均匀性，而且在传输过程中也要有好的光束质量，也就是近场均匀性的要求。在高功率激光传输中，由非线性折射率引起的小尺度自聚焦效应是一重要现象，也是限制高功率固体激光驱动器输出能量和系统效率的关键因素之一。当光束强度分布不均匀时，三阶非线性Kerr效应引起的局部光强急剧增强，导致光束发生分裂成丝等现象，损伤光学元件，因此实际中要求高功率激光束的近场强度分布尽可能均匀。
作为评价自聚焦程度大小的重要参量B积分，是描述介质非线性折射率横向分布变化引起的光束位相弯曲程度，当非线性折射率系数为正值时，高斯光束中心强度大于边缘强度，从而中心位相落后于边缘位相，产生汇聚，引起自聚焦，使得输出光束质量变坏。
不言而喻，激光光束质量不仅大大影响激光系统的整体性能，也大大影响激光技术的应用水平，因此为了提高光束质量，需要在空间域对高斯光束进行整形，有效地控制改变光场分布，使光束近场强度分布尽可能均匀，从而达到控制B积分值和提高光束填充因子的目的，进而提高放大器介质的孔径利用率，保证尽可能高的能量提取效率。
到目前为止，已经发展了多种激光光束空间整形技术，但是用于高功率激光系统的空间强度整形系统除了具有整形功能外，还要考虑它的引入对激光光束的波前、波面和光束指向的影响，同时所用的光学元件要有较高的破坏阈值。从目前的发展来看，用于ICF高功率激光系统的空间整形技术主要有：可抑制菲涅尔衍射的锯齿软边光阑技术、双折射透镜组空间整形技术、振幅型二元光学面板技术以及液晶空间光调制器技术。
结合目前神光Ⅱ第九路升级系统的工程需求，我们拟采用美国劳伦兹·利弗莫尔国家实验室(LLNL)在其Beamlet前端使用的一种新型空间光束整形系统一双折射透镜组，将高功率激光驱动器预放系统输出的高斯光束整形为平顶光束。本论文的主要目的是探讨双折射透镜组整形系统应用于神光Ⅱ九路的可行性，为以后的神光Ⅱ精密化升级提供一种可用的光束整形技术路径。全文共分五个部分：
论文的第一部分概述了ICF高功率激光系统对传输光束质量的要求，总结了目前国内外存在的可用于高功率激光系统的光束空间整形技术，并分析了各自的优缺点。
第二章则重点分析了双折射透镜组的工作原理，讨论了双折射透镜组系统的整形效果，以及入射光束的特性对整形效果的影响。并在理论模拟的基础上提出了系统的工程设计参数。
第三章分析了双折射透镜组的设计参数和加工误差对空间整形效果以及对整形光束的波前、波面、光束指向的影响。并根据理论分析，确定了双折射透镜的加工参数和机械设计及装校要求。
第四章则在上述理论分析的基础上，设计制作了一套适用于神光Ⅱ第九路的双折射透镜组空间整形系统，并已试用于神光Ⅱ第九路中，在近场静态工作条件下，可明显提高激光光束的强度均匀化输出。从测试结果来看，可将激光光束的填充因子从66％提高到80％，能量利用率为30％。对激光光束的指向影响为10urad，双折射透镜组整形系统的焦距为476.8m,波前畸变为0.08λ。从实验结果来看，所制作的双折射透镜组空间整形系统不但可以实现将空间高斯分布的光束整形为平顶均匀光束，提高激光光束的填充因子，而且对激光光束的波前、波面以及光束指向都有较小的影响，满足神光Ⅱ第九路高功率激光系统对空间光束整形系统的要求。
第五章主要总结了论文工作。