惯性约束核聚变(ICF)的研究在能源及国防领域均具有重要意义。在ICF的靶场光学系统中，对激光光束提出了束匀滑、谐波分离、测量取样、聚焦等光束控制要求。本论文以研究解决束匀滑为主要目标。在分析、比较已有的几种技术方案的基础上，选择了最有应用前景的二元光学作为实现束匀滑的技术途径。 基于对二元光学束匀滑器件各种优化算法的分析，并针对设计中的位相连续性、全局优化与局部优化、光强控制目标要求等三个关键问题，提出并采用了爬山算法与模拟退火算法的混合及“粗、细搜索”变分辨率的改进优化算法。模拟计算结果表明，该算法在全局优化潜力、提高优化速度、位相分布连续性及目标函数选择灵活性等方面具有明显优势，是设计ICF束匀滑位相器件的一种有效的优化算法。 为了在数值计算中，不受采样定理限制，能更真实描述焦斑光强分布的束匀滑性能，提出并采用了细化或任意选取采样间隔的方法来进行位相设计。指出无法对离散的采样值进行插值以获得连续位相分布，分析了未量化的多台阶器件位相单元的衍射包络的影响，提出非等周期器件来消除衍射包络，并进行了初步设计。 针对神光Ⅲ靶场光学系统的具体结构特点及其对二元光学器件的几个特殊要求，研究并解决了以下几个重要问题。为能同时满足主瓣顶部均匀性与旁瓣“不堵口”的要求，采用了在主瓣与“堵口”旁瓣间留存缓冲区的光强控制目标；为获得间接驱动ICF中不同角度入射时非垂轴腔壁面上的均匀光斑，提出并采用了“近似无衍射光束”的思路设计二元光学器件；在阵列器件中，采用各单元间附加线性相移的方法，获得了同时控制光强分布与焦斑形状的设计结果；设计了一种提高填充因子的组合阵列器件，充分利用了入射光能量；分析了二元光学器件对波前位相畸变的宽容度及阵列器件在提高宽容度上的潜力；最后，为了简化ICF光学系统，探索了功能组合器件的设计可行性。 利用镂空旋转掩膜板，通过离子刻蚀，加工出大口径准连续位相器件。模拟分析了对准误差与刻蚀深度误差对束匀滑性能的影响。对掩膜板及位相器件表面质量的测量结果表明，在目前的加工方法中还存在较大的深度刻蚀误差。 分别以半导体连续激光器与脉冲固体激光器为光源，CCD为探测器，进行了准连续位相束匀滑器件的焦斑光强分布测量，在一定离焦面上均获得了具有一定顶部均匀性、陡边、无中心锐脉冲的光斑。这是目前国内在大口径的二元光学束匀滑器件上得到的最好实验结果，初步论证了二元光学技术在ICF束匀滑上的应用可行性。