针对惯性约束聚变激光等离子体诊断系统的特殊需求．提出采用对数型轴锥镜来实现长焦深功能，并采用超高斯边缘匀滑、中心切趾及选择合适的器件参数等方法优化了长焦深器件的性能。模拟实验证明，为了得到满足要求的长焦深、小焦斑、小旁瓣和均匀的轴上及横向光场分布的聚焦光束，对数型轴锥镜的焦深应为3～5mm；元件中心须采用切趾，而且切趾半径应为15～60mm；元件边缘宜采用5阶超高斯匀滑。设计出焦深长达3mm、轴上光强均匀、旁瓣峰值小于中心强度的2％且横向光斑较均匀的长焦深器件，可以满足激光等离子体诊断的要求，并用菲涅耳衍射积分对该元件光场的模拟实验验证了该方法的可行性。

光学元件“缺陷”制约着高功率固体激光装置负载能力的提升。从统计角度建立了振幅调制型“缺陷”模型，并针对神光Ⅲ原型装置助推放大级分析了“缺陷”分布的统计参量与光束近场质量的关系，得到了一般规律。结果表明，“缺陷”总密度的增加和幂指数的减小都使系统输出光强的中高频成分增加，光束近场质量变差；总密度的变化引起光强各中高频成分变化的幅度近似相等，频率间相对比重基本保持不变，幂指数的变化却会引起各频率间相对比重发生变化；一定范围内，“缺陷”尺寸越大对近场质量的影响越严重；对于助推段，需将元件的“缺陷”总密度控制在600cm^-2以下，幂指数控制在2．5以上。研究结果可为降低元件的损伤风险以提高系统的运行负载提供参考。

提出了一种新型的衍射光学元件－一位相型零轴辐射波带片，用计算机模拟和实验分析验证了该元件的衍射特性，这种元件能实现光轴上任意点光强为零，可应用于高精度光学准直。