高能激光系统中，由一系列反射镜和窗口组成的“光学链”，不同程度地 吸收部分激光能量，产生温升、应力和变形，影响光束质量和光能量的远场 传输。本文分析了光学元件的温升、应力和变形及其引起的附加相移，从理 论计算和实验两个方面研究了热效应对光束质量的影响。 首先建立了光学元件温升和结构分析模型，用有限元法和序贯耦合法计算 材料的温升和变形，同时选取最大拉应力准则作为材料的破坏准则。 高功率激光器中，非稳腔镜受激光直接辐照，镜面发生变形，使谐振腔参 数偏离设计值，模式发生畸变，光束质量变坏。根据相位均方根值迭代收敛 准则和输出功率，用Fox-Li迭代法求出反射镜上实际的光强分布和热源，得 到镜面的位移变形和单程附加相移，以Zernike多项式拟合单程附加相移，分 别用迭代法和几何法计算了腔镜变形时的腔模光场，建立了光学元件对光束 质量影响的评价因子，研究腔镜冷却效果和冷却方式，对输出耦合镜的变形 进行了分析。 激光器输出窗口厚度的选取与压力载荷、热载荷、材料极限强度、厚度对 波前的影响、材料疲劳等多种因素有关，由于球壳窗口能承受较高的功率密 度，但窗口本身带来相移，该相移大小与窗口参数有关，根据位相均方根值 选择球壳窗口参数。分析了温升和内外压强差作用下平板、球壳窗口的附加 相移，用光率体椭球法推导应力双折射。 由近场光斑相对分布得到其绝对分布，测量窗口透过率，求得材料的吸收 系数，在此基础上计算了出光时间长短、窗口有／无冷却、是否旋转、窗口材 料及面型、光强分布形式对窗口温升、应力和光束位相的影响。推导了有应 力双折射时Hartmann测量数据与计算数据之间的关系，测量了工作CaF₂窗口 和样品氟玻璃窗口的温升和附加相移，设计了模拟腔，将样品氟玻璃平板和 球壳窗口加在模拟腔上进行实验。 讨论了传输过程中反射镜的热变形产生的附加相移，实验测量了单个反射 镜的镜面变形，利用热变形滞后性，测量了实际光路引起的探测光波阵面畸 变，并与计算结果进行比较。分析了发射系统输出窗口平整度和拼装方法对 光束波前的影响。