雷射測控系統主要由雷射參數測量、雷射光路自動準直和雷射總控制室三個子系統組成，是高功率雷射驅動器的重要組成部分。高功率雷射驅動器工作時的所有性能指標及重要數據幾乎都由雷射測控系統在線提供。
1.雷射參數測量系統
雷射參數測量系統是一個具體負責雷射驅動器參數採集與測量的系統。它主要由三個測量分支組成，即雷射束的能量測量、雷射束的空間分布測量、雷射束的時間測量。這三個測量單元的數據，是一個雷射系統最重要的數據。它不僅僅是評估一個高功率雷射裝置工作狀態、裝置能力與水平的重要依據，同時還為實驗提供必不可少的物理數據。
（1）雷射能量測量
雷射能量測量是雷射參數測量中一個最基本的單元。準確測定打靶雷射能量對實驗數據的分析處理具有非常重要的意義。雷射能量測量研究分四個部分：
高靈敏、高性能體吸收雷射能量計的研製； 高精度、高穩定性放大顯示數據採集儀的研製； 雷射能量測量取樣方式的選擇及提高測量精度的措施； 雷射能量測量結果的數據分析處理。
在雷射能量測量研究中，雷射能量計(卡記)的研製是關鍵。雷射能量計的原理是將被測的雷射束照射到一種高靈敏度的吸收體上轉換成熱能，再通過電路設計將其真實地度量出來。
由於被測量的高功率雷射為納秒級，雷射作用於吸收體的時間非常短暫，能量微小，因此雷射能量計的研製是一項很有難度的研究項目。測量科研人員經過幾十年的刻苦鑽研，研製了多種型號與規格的雷射能量計，經中國計量院測試標定，在靈敏度、均勻性、穩定性等方面超過了原設計指標，達到或超過美國阿波羅雷射器公司製造的同類型雷射能量計水平。
在為神光II裝置研製的Φ300mm大口徑能量計中，採用了有足夠吸收深度的中性離子著色玻璃作吸收體，提高了接受器的能量功率負載密度；採用新型的半導體熱電轉換元件，提高了能量計的響應度；同時還採用了成對設計的熱電堆差分結構和雙層熱屏蔽的隔離措施，解決了大口徑能量計的靈敏度與均勻性、靈敏度與穩定性兩大矛盾，使研製的大口徑雷射能量計性能優良，其靈敏度比美國利弗莫爾國家實驗室研製的同類型雷射能量計的靈敏度高兩個量級。
（2）雷射空間分布測量
雷射空間分布測量是雷射測量系統的一個重要分支，主要由雷射束的近場分布和雷射束的遠場分布兩部分組成。
伴隨著雷射科學的發展，雷射束的空間分布越來越受到重視。在高功率雷射的發展史上，雷射束的空間分布研究是最重要的領域，它的水平在極大程度上決定了雷射裝置的水平和規模。
近場空間分布圖
在神光II裝置的成功研製中，雷射光束空間分布診斷儀的研製是至關重要的一筆。由林尊琪院士創新設計的「三暗室小孔耦合雷射近場診斷儀」和「雷射遠場診斷中二步法診斷六個數量級雷射遠場旁瓣強度分布技術」，不但完善了雷射測控中，雷射束空間分布的測量手段，而且還拓展了新的測量技術，使雷射束的空間分布得到了更全面深入的展現。
《慧眼識光束——神光I、II雷射束空間參數檢測回顧與展望》一文曾對雷射束的近場和遠場測量進行了細緻的講解。
（3）雷射時間特性測量
雷射時間測量主要是實時監測神光II綜合裝置末級輸出的脈衝雷射波形，各路雷射打靶時同時到達靶心的雷射時間同步測量，以及超短脈衝實驗時的雷射時間測量。
雷射時間波形是指雷射強度隨時間變化的形態，是物理模擬計算的一個重要參數。在高功率雷射系統中，雷射時間測量主要分為ns級測量和超短時間ps測量。
在ns級雷射系統中，主要採用快響應光電探頭和快響應示波器組成的測試系統，由於快響應光電管具有上升快(60 ps)下沿降(55 ps)，對基頻、二倍頻及三倍頻波段都有響應，因此它和快響應示波器組成的測量系統已成為高功率雷射裝置的標配，使用該脈衝時間測量系統其波形測量的測量精度優於10％。
在超短脈衝雷射時間波形測量中，皮秒級的測量一般採用條紋相機測量(時間解析度約2個皮秒)，而飛秒級需採用自相關技術測量。
雷射時間同步(等光程)測量，是指多束雷射同步到達靶點的時間測量，是雷射束靶面功率平衡的重要保證。據物理計算，若兩束光同步時間差25 ps則將導致10％功率不平衡。而功率平衡對於實現多束雷射對靶的均勻壓縮極為重要。美國LLNL實驗室的同步精度要求為10 ps。
聯合室的神光II綜合裝置的時間同步精度為10 ps，如果選用紅外條紋相機協助精調和控制，同步精度還能提高。2000年4月，在神光II裝置首輪直接驅動實驗中，最高獲得中子產額3.9×109，是國際同類裝置的最高水平，當時測得的時間同步精度為6 ps。