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超短脉冲激光技术自二十世纪八十年代中期以来得到飞速地发展，世界科技大国已相继建立了数台大型的超短脉冲钛宝石激光装置，提高靶面峰值功率密度、缩短脉冲宽度始终是追求的目标之一。本论文以自行研制的10TW／20fs钛宝石激光器为基础，以缩短系统脉冲宽度和提高输出脉冲光束质量为目标，而展开研究工作的。 论文通过分析光谱增益窄化效应的产生机理，实验研究了克服放大过程中光谱增益窄化效应的各种途径，有效抑制了啁啾脉冲放大过程中的光谱增益窄化效应，为获得脉宽更短的激光脉冲奠定了基础。对超短脉冲钛宝石激光器输出光束质量评价因子进行了分析，通过自行研制的空间滤波器有效改善了系统输出光束质量，进而提高了靶面峰值功率密度，为以后进行强场物理研究提供了实验条件。本论文的研究工作主要包括以下几个部分： 1．在理论分析光谱增益窄化效应、增益饱和效应、自相位调制效应对放大脉冲光谱影响的基础上，分析了我参与搭建的10TW／20fs激光放大系统中存在的影响光谱特性的主要因素。调研分析了消除放大过程中脉冲光谱畸变的各种补偿技术。 2．运用法国Fastlits公司生产的可编程声光色散滤波器(AOPDF)对注入再生放大的种子光进行频谱整形和色散预补偿，使输出激光脉冲谱宽由原来的38nm展宽到66nm，压缩后输出脉冲宽度从35fs减小到20fs。有效抑制了啁啾脉冲放大(CPA)过程中存在的谱线增益窄化效应，补偿激光系统中的残留色散，为获得脉宽小于20fs的压缩脉冲奠定基础。 3．分别利用自行研制的空气间隙标准具，双折射滤光片这两种光学元件进行再生腔内光谱整形，使再生放大器输出光谱谱宽从38nm分别展宽55nm和48nm。有效抑制了再生放大过程中的增益窄化效应。 4．从光束质量的评价因子M~2入手，研究了测量激光系统输出光束质量因子的理论依据。利用自行研制的空间滤波器将抽运光Nd：YAG激光器输出光束质量M~2值提高到1.3，将TSA-25激光系统输出光束的光斑质量在水平放大和垂直方向分别提高到1.4和1.9左右。为提高我们实验室研制的10TW／20fs激光系统输出光束质量奠定基础。