光束聚焦特性是ICF激光系统中备受关注的问题之一。在高功率固体激光装置中,多级空间滤波器系统和靶场终端光学系统都存在光束聚焦过程,以往在研究聚焦特性时,主要针对的是焦平面位置的光斑。然而在间接驱动方式打靶时,激光束穿过靶孔最终辐照在柱腔靶的靶壁上,因此必须同时控制焦平面和焦平面附近离焦位置的光斑特性以满足实际物理实验的要求。另外激光装置运行过程中的热效应和安装调试误差都会使得空间滤波小孔和光束实际焦面存在偏差,使得实际滤波过程可能和预计的二元滤波效果有所不同。建立更全面的光束聚焦过程分析模型,针对焦平面、离焦面位置光斑特性和控制方法进行深入细致的分析,对于提升激光装置的性能具有重要的指导作用。本论文主要包括以下内容:1.完善了光束聚焦过程的数学模型,提出了“空间角谱+光线追迹”的光束聚焦分析方法;2.根据上述分析方法,研究了离焦空间滤波器的频谱响应函数,结果表明,在离焦距离较小,离焦空间滤波器有软边滤波效果;离焦距离较大时,光场在小孔边缘发生明显的衍射,滤波函数没有规律,部分中高频成分开始增长;离焦距离的临界值与小孔的尺寸和光场频谱分布有关,在典型的小孔参数和波前畸变条件下,临界值约为10倍焦深,为高功率激光系统空间滤波器的设计和调整提供了参考;3.基于频谱分析方法,研究了波前畸变PV值对焦斑分裂的影响,结果表明,波前畸变PV值是导致焦斑增大的主要原因之一,很好的解释了实验中三倍频焦斑分裂现象,得到了波前PV值与焦斑分裂现象之间关系的基本规律,为焦斑分裂的控制提供了理论依据;4.基于光束聚焦过程数学模型,对比分析了焦平面和离焦位置光斑特性与波前畸变的相互关系,研究了离焦距离对于光斑特性的影响,得到在实测激光波前畸变条件下焦后光斑均匀性优于焦前、入孔位置设在焦后10倍焦深附近有较好的能量注入率和靶壁光斑均匀性的结果,对间接驱动靶参数的设计具有参考意义;5.基于上述理论分析,探索了基于“模式爬山”算法的AO系统焦面控制方法,研究了AO系统对光斑的控制能力,为未来高功率固体激光装置波前控制技术方案设计提供了理论引导。