随着经济发展和人民生活水平的不断提高，人类对能源的需求量越来越多，激光惯性约束核聚变(ICF：Inertial Confinement Fusion)的研究对解决当今世界面临的能源危机具有重要意义。对于实现ICF的激光装置来说，要求聚焦到靶面的强激光具有很高的均匀性。本论文以研究束匀滑为主要目标，对光束匀滑器件的设计、制作和应用等相关问题进行了探索。 基于惯性约束核聚变基本原理及其对激光均匀照明的高要求和我国神光Ⅲ靶场光学系统中的光束控制要求，分析了各种光束匀滑技术的发展、特点和应用概况，并根据光波场的标量衍射理论，提出了束匀滑二元光学器件位相优化设计模型，对光场分布进行离散化，得到了数值计算公式。 在分析随机相位板对光束匀滑作用的基础上，基于人们对偏振匀滑技术研究较少的情况，应用光波标量衍射理论，对双折射楔及其阵列匀滑随机相位板所产生干涉斑纹的特性进行了理论分析和数值模拟，计算了当光楔在选取不同楔角时远场光斑的二维光强分布，以及具有不同单元数目的双折射楔列阵对光束的匀滑效果，得出单个双折射楔具有最佳的匀滑效果，而且其结构最简单，制作也最为容易，在实际应用中具有重要意义。并根据分析结果设计了随机相位板和双折射楔元件的实际制作参数，用光刻方法制作了熔石英基底随机相位板，进行了初步实验研究。 基于对二元光学束匀滑器件各种优化算法的分析，为扩展传统光学变换操作区域，提出了在分数域使用微光学元件实现光束匀化，并发展了分数傅里叶型微光学元件的优化设计算法。通过理论分析和模拟计算，将G-S算法引入到分数傅里叶域中，并采用追迹法预设初位相，及对目标函数加以限制的方法，设计了用于束匀滑的衍射光学元件，较好的达到了设计要求，从理论上验证了该方法的可行性。该算法具有收敛速度快，优化效果好的特点。