超高强度超短激光脉冲因为在X射线激光、实验室天体、惯性约束核聚变、激光粒子加速器、强场物理等研究领域内具有重要的应用,已发展成为激光技术的热点研究之一。啁啾脉冲激光放大技术作为一种可以获得飞秒量级超强激光脉冲的有效手段而受到各国的重视,与此同时,人们对反映激光光束空间特性的光束质量要求越来越高。 在攻读硕士学位期间,作者承担了“5太瓦20飞秒CPA激光系统”项目中有关光束的测量、评价和改善的理论和实验工作。本论文是对所作工作的总结,主要内容如下: 1.回顾了超强超短激光脉冲技术的发展历程,其中着重介绍了CPA技术的基本原理、系统结构和最新进展。 2.从光束的M²问题入手,研究了测量光束质量因子的理论依据,建立了用二阶矩理论和非线性最小二乘法拟合高斯光束的算法模型,并设计了用于本实验室CPA系统的光束质量诊断系统的主要软件模块。 3.利用傅里叶光学的方法和激光模式理论,通过数学上的合理近似和对能量频谱函数的数值积分,计算了激光束中基横模和主要低阶横模的径向空间频谱和空间截止频率,并讨论了以基横模的空间截止频率作为空间滤波器的截止频率的可行性,得到小孔直径约取6.93倍衍射极限长度时,空间滤波器能够较好地滤去TEM₀₀模以外其它横模的大部分高频能量成分,并通过实验加以验证。此外,引入了一个用以辅助描述空间滤波器滤波性能的光束质量改善因子B。 4.从理论上讨论了超短激光脉冲脉宽的测量技术,着重介绍了相关法测量原理;分析了几种二次相关测量技术的优缺点。