为了有效地提高星地激光通信系统的通信性能，从推广的惠更斯-菲涅耳衍射原理出发，系统研究了矢量多高斯-谢尔模型光束在上行链路中的传输特性。研究结果表明，改变光束的横向相干长度能有效地改变其远场光强分布和大气湍流引起的光束展宽。另外，大气湍流会改变矢量多高斯光束的偏振度，但是在远场其偏振度会趋于一个固定值。该研究结果对星地激光通信等有着潜在的应用价值。

设计并制作了一套基于迈克耳孙结构的光学装置，可用于利用干涉的方法对单层的透明或半透明薄膜或光学平片的厚度做在线检测，测量范围可从微米到毫米量级。该装置采用光胶工艺将不同长度和不同热特性的玻璃材料组合在一起，使装置能够对环境温度变化做自动补偿；同时，输入和输出光信号的光纤准直器与装置为一个整体，因此在检测过程中不像普通干涉系统一样易受外界干扰。使用Agilent波长测试仪对装置产生的干涉信号做检测，在振动的环境中，测量自由光谱范围（FSR）变化的95%置信区间为±0.0005 nm，体现了很好的抗干扰能力。为了演示该装置用作自动实时在线检测的可行性，检测了厚度为(177.4±0.7) mm 的标准盖玻片，其结果与现有商用系统可比较。

报道了2 μm波段的全光纤保偏锁模掺铥光纤激光器,通过在法布里-珀罗(F-P)腔内加入半导体可饱和吸收镜做为被动锁模器件,采用主振-放大构型,获得了最高输出平均功率为1.08 W,重复频率为10.24 MHz,脉冲宽度为15.24 ps,中心波长为2054.68 nm,光谱宽度约为0.3 nm的2 μm线偏振激光脉冲输出,激光脉冲的消光比为24.17 dB。

为实现重复频率大能量激光输出,基于Yb:YAG激光介质低温下良好的热特性和激光特性,设计了12 kW高功率激光二极管(LD)阵列泵浦的V型腔低温Yb:YAG激光器(液氮温度)。对于泵浦耦合系统和散热结构两个关键点,分别使用光线追迹方法和有限元方法进行了分析,提出了楔形真空窗口和低温热管等解决方案。模拟结果表明,该设计的激光器热效应较低,可实现重复频率大能量输出。

氙灯抽运将导致钕玻璃内的不均匀温升,由此带来空间频率较低的热畸变,成为整个光路中最主要的畸变源。研究了400 mm口径4×2组合式片状放大器的动态热畸变问题。初步研究结果表明,在现有抽运结构下,抽运能量导致钕玻璃片表面最大温升约为0.85 ℃;由此引起钕玻璃片的“S”形变,最大形变大约为1.7×10-6 m,最大应力约为65 kPa,整个动态波前畸变约为0.3λ,与美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)的实验值相符。在目前的抽运结构下,动态波前畸变满足设计要求。

开展了热容激光器光束质量控制研究，进行了耦合系统的优化设计，采用了透镜压缩结合波导匀化的设计思想，使抽运均匀性提高到90%的水平；进一步建立了有源非稳腔的理论分析模型，针对热容激光器的抽运条件开展了非稳腔的优化设计，实验结果表明实现了2.7倍衍射极限的千瓦级热容激光输出。

基于非线性耦合波理论,对比分析了超短脉冲三倍频过程中不同的特殊群速度组合模式下的谐波转换特性（转换效率和带宽等）。利用分步傅里叶变换和四阶Runge-Kutta积分算法,对脉宽150 fs左右的超短脉冲在KDP晶体中的I类混频过程进行数值模拟,结果表明：三波包“不等速匹配”模式下的综合谐波转换性能（转换效率达到50%和转换带宽达到2 nm）整体要优于其他特殊群速度匹配模式;“三波包不等速”模式更有利于三波包间能量之间的耦合及转换。这一结论为进一步提高超短脉冲三倍频的转换效率及带宽具有理论指导意义。

在超短脉冲的谐波转换过程中, 由于不同波包之间的群速度失配的存在, 非线性晶体的有效厚度、转换效率及带宽等将相互制约, 不能获得理想结果。基于耦合波方程, 在平面波和小信号近似条件下推导出了关于基频、倍频光群速度关系的解析表达式。通过对200 fs超短脉冲在II类KDP晶体中的混频过程的模拟分析, 发现在满足相位匹配的前提下, 三次谐波转换效率随着基频、倍频光群速度倒数的差值的平方呈现出指数衰减的关系, 与理论结果吻合。得出的关于基频光、倍频光群速度的表达式, 作为三倍频群速度匹配关系式的必要补充, 对寻找合适的色散晶体和选择有效的匹配措施, 实现宽带三次谐波转换具有理论指导意义。

A numerical model is presented to predict the time-resolved evolution of the spatial intensity distribution of the laser pulses in the super-Gaussian mirror resonator, taking into account diffraction and stored energy depletion. The beam-quality factor M2 is calculated during the pulse evolution. Simulation results show that gain saturation affects the beam quality of the Q-switched solid-state lasers, the corresponding values of the M2 parameter increase during the pulse evolution. The spatial distribution of laser pulse first starts on the resonator axis with a Gaussian-shaped spot, then expands very quickly and forms a donut-shaped profile towards the end of the pulse.

The stability of the output of a heat capacity laser was measured. The output power dropped rapidly with the increase of lasting time. The result showed that the rise of the average temperature of laser medium was not the main reason, while the non-uniform distribution of the temperature was the main reason which resulted in depolarization and maladjustment of resonant cavity.