在高功率激光装置的设计和建造中，除了需要解决提升功率／能量的技术方案外，必须研究如何提高光束质量问题，以能满足实际应用要求。实际的高功率激光通常都有振幅调制和相位畸变。特别是，高功率激光通过大气传输引起热效应而导致激光束产生相位畸变，从而降低光束质量。本论文以高功率激光的一些重要应用为背景，研究有振幅调制和／或相位畸变激光束的传输特性和光束控制。主要工作包括： 1．以广义惠更斯—菲涅尔衍射理论为基础，采用Zernike多项式描述像差光束畸变波前相位，研究了平顶高斯光束、超高斯光束、高斯光束以及平面波通过像差透镜和环状像差透镜的传输。本论文根据自由空间中光束的传输方程，利用多点拟合的方法，通过数值计算，首次研究了激光束通过球差透镜后的M~2因子随球差的变化规律，并用M~2因子、桶中功率(PIB)和K参数作为光束质量评价参数，讨论了透镜的像差、遮拦比等对激光光束质量的影响。研究表明，正球差使得光束的实际焦点位置远离透镜，峰值光强减小；负球差使得光束的实际焦点位置靠近透镜，峰值光强增大。因此，选取适当的正球差参数，可实现所谓的无焦移聚焦，甚至反向聚焦，而适当选取负球差可实现超衍射极限聚焦。相对与无球差情况，超高斯光束通过球差透镜后其轮廓可能是低峰态、常峰态或高峰态，而这取决于正负球差和传输距离。球差使光束的M~2因子增大，光束质量变差。在几何焦面上球差系数绝对值相同的正、负球差对应的PIB曲线重合，但在实际焦面上却分开了，且负球差系数对应的光束有最大的PIB值。利用负球差透镜在实际焦面上可获得最佳的聚焦能力。从能量集中度的角四川大学博士学位论文度来衡量，正球差使得光束质量降低，而合适参数的负球差透镜使得光束质量得到改善。光束在实际焦面和几何焦面上的PIB均随着透镜的遮拦比的增加而降低，八参数随遮拦比的减小而减小，即光束可聚焦能力随透镜的遮拦比的增加而降低。高斯光束通过像散透镜后，在透镜的几何焦面上仍为高斯分布，其它位置处为椭圆高斯分布。超高斯光束通过像散透镜后，在几何焦面上光强随着像散程度的加剧而逐渐趋于平顶分布。高斯光束通过倾斜透镜，其光束的重心沿x轴和y轴的平移距离与光束倾斜系数和传输距离成正比。像散和倾斜不改变光束的MZ因子，但使得光束的PIB降低。从实际应用而言，PIB应比MZ因子更好地描述了像散和倾斜光束的光束质量。所得结果对实际应用有意义。 2.实际的高功率激光系统，例如激光聚变驱动器中常含有多个硬边光阑，且常按变换矩阵元B“O排布。这类光学系统实际上可等效为含有多个光阑B=0的成像系统。光束通过硬边光阑的传输常得不到解析的公式，通常需要直接从Culhns公式出发作数值积分，但耗时甚多。特别是，研究有振幅调制和相位畸变的激光束通过硬边光阑的传输，需用互强度表示光束，因为衍射积分重数加倍而增加计算难度和计算量。本论文将复高斯函数展开方法进一步推广用于研究畸变光束通过含有多个硬边光阑复杂光学系统的传输变换，首次推导出了部分相干光、有振幅调制和相位畸变的激光束通过含有多个硬边光阑复杂光学系统的传输公式，以及平顶高斯光束通过多光阑B=0成像系统的传输公式，使计算机时大为减少，并保证足够的计算精度，仅在靠近光阑的近场处，会有较大误差。本论文的主要特点一是将单光阑推广到多光阑的ABCD光学系统，所得结果更具有一般性;二是考虑了光束的部分空间相干性、振幅调制和相位畸变。所发展的方法和有关结果的主要优点是为高功率激光通过多光阑复杂光学系统的变换提供了一个保证精度的快速算法，对复杂光学系统光传输问题的计算模拟有实际应用意义。 3.高功率、高能量激光系统的光束控制系统内(通常称为内光路)的热效应(热晕)对远场光束质量有很大的影响。虽然对激光大气传输己作了许多深入的研究，但迄今仅有很少的文献报道了内光路中的热效应对光束质量的影响。一方面，由激光器或光学元件加工误差等因素要引起的像差。另一方面，实际四川大学博士学位论文的高功率激光常由非稳腔产生，其近场为环状非均匀分布。本论文用自编的四维光束传输程序，首次对激光束本身的像差(球差、离焦和像散)和非均匀分布对远场特性的影响作了计算模拟和分析。采用桶中功率、Strehi比、PIB、刀参数、像散参数、光束重心位置和峰值光强位置评价远场光束质量。研究表明，内光路中的热效应对远场(几何焦面)光强分布会产生很大的影响，它使得光束的远场光强峰值减小，光斑扩散，光束质量降低。球差高斯光束在自由空间传输，绝对值相同的正负球差光束在远场的场分布是相同的。但是，高功率激光通过内光路，与无球差情况相比较，正球差使光束在远场的可聚焦能力降低，中心光强减小，峰值光强不再出现在中心;而选取合适的负球差，当发射功率达到一定值时，在远场可得到更高的中心峰值光强和光束可聚焦度，即获得更好的远场光束质量。离焦使光束在远场的峰值光强减小，光束可聚焦能力降低，光束质量变差。像散高斯光束在自由空间传输，在远场是无像散的，但非线?