为提高激光上下能级的粒子反转速度,采用具有高声子能量的YAG晶体作为掺杂基质,通过多声子弛豫的方式加速 6H13/2能级的粒子数消耗;同时引入与激光下能级能量相近的Tb 3+离子,实现Dy 3+∶ 6H13/2与Tb 3+∶ 7F4之间的共振能量转移,成功地减小了 6H13/2的能级寿命,首次获得了582.1 nm的黄光激光输出。通过对比Dy∶YAG与Dy-Tb∶YAG的荧光光谱,分析了Tb 3+离子掺入对激光上能级寿命的影响。

为了解决大功率半导体激光器的输出波长和功率的稳定性问题, 设计了一套大功率激光器恒流驱动电源及温控系统。利用深度负反馈电路实现对激光器驱动电流的恒流控制, 采用硬件比例-积分(Proportional-Integral, PI)温控电路结合恒流驱动, 控制半导体制冷器(Thermoelectric Cooler, TEC)的工作电流, 实现激光器工作温度的精确控制。所设计的驱动电源可实现输出电流0~12.5 A连续可调, 同时具有电流检测、过流保护、晶体管-晶体管逻辑(Transistor-Transistor Logic, TTL)信号调制等功能。所设计的温控系统的控制精度可达到±0.05 ℃, 同时设定温度连续可调, 温度可实时监测。实验结果表明该设计能够保证稳定的电流输出和温度控制, 满足大功率激光器的使用要求。

鉴于目前561 nm激光器噪声较大, 影响其实用性, 提出一种高稳定性低噪声的561 nm黄光激光器。利用NdYAG晶体得到1 123 nm基频光, 通过LBO晶体腔内倍频得到561 nm输出。理论分析了1 112 nm、1 116 nm与1 123 nm波长的阈值泵浦功率, 提出1 123 nm的单波长振荡条件, 确定谐振腔镀膜要求。根据理论计算, 设计了合理的谐振腔膜系, 通过抑制1 112 nm与1 116 nm谱线在谐振腔内的振荡实现1 123 nm谱线的单波长振荡。在泵浦功率为5 W时, 实现了561 nm激光单波长输出, 输出功率达到107 mW, 功率不稳定性达到0.7%, 噪声为1.2%。

报道了一种新型小体积的半导体激光端面抽运国产Dy∶YAG单晶的黄光激光器。根据Dy∶YAG激光晶体的特殊能级结构, 采用半导体激光抽运, 利用4F9/2→6H13/2的能级跃迁, 室温下直接获得582.7 nm的黄光激光。抽运源采用蓝光LD, 通过温控系统调节LD的工作温度, 优化中心波长至447.3 nm, 从而实现抽运光波长与Dy∶YAG晶体吸收谱线的较好匹配。在吸收抽运功率为1.4 W的条件下, 输出黄光激光的平均功率为56 mW, 最大单脉冲能量达到1.1 mJ, 对应的光光转化效率为4%, 斜率效率为5%。

提出了全固态双共振KTP Ⅱ类相位匹配腔内和频连续波578 nm黄光激光器，利用两种增益介质YbYAG和NdYAG分别得到1030 nm和1319 nm基频谱线，通过KTP Ⅱ类临界相位匹配进行腔内和频实现了578 nm黄激光输出。实验中输出578 nm黄激光，同时输出582 nm和频光成分。通过光谱分析，该现象是由于NdYAG晶体中对应能级跃迁为R2→X3的1338 nm谱线起振，并与1030 nm谱线产生了和频作用。当YbYAG和NdYAG的抽运功率分别为10.3 W和3.7 W时，得到55 mW的黄激光输出，并且在30 min内的功率稳定性优于4.7%。利用格兰棱镜测量了基频光与和频光的偏振特性，结果表明，对于两个各向同性的激光晶体而言，谐振腔结构以及和频晶体的方位角均影响其相应基频光的偏振特性，两者均可使基频光的偏振方向向有利于和频作用的偏振方向改变。

实验采用激光二极管阵列(LDA)端面抽运Nd∶YVO4晶体，腔内产生1064 nm 和1342 nm 双波长振荡，通过非线性晶体LBO 的I类相位匹配产生连续输出的593.5 nm 和频光。在不同的实验条件下，测量并分析了噪声特性，并用法布里-珀罗干涉仪和光束轮廓仪分别测量了593.5 nm 激光在低噪声与高噪声状态下的纵模结构与横模模式。结果表明：I类相位匹配的和频光噪声情况与其纵模结构密切相关，而抽运功率和谐振腔微调对和频光的纵模结构有很大影响。激光输出在多纵模结构不稳定时的噪声要高于多纵模结构稳定时的噪声。并且激光输出为高阶横模模式时，也会引起激光噪声的增大。

为了研究大数值孔径物镜下角向偏振光聚焦特性，提高激光扫描共聚焦显微镜的分辨率，根据Richards和Wolf矢量衍射理论建立计算模型，分析大数值孔径物镜下角向偏振光及经过0~2 π 相位调制的角向偏振光的聚焦光斑。经过0~2 π 相位调制的角向偏振光的聚焦光斑为实心光斑；该光斑的半峰全宽比径向偏振光光斑的半峰全宽小17.6%，比圆偏振光光斑的半峰全宽小11.6%。计算结果表明，经过0~2 π 相位调制的角向偏振光光斑作为激光扫描共聚焦显微镜的激发光，可以提高其分辨率。

为了研究折射率不匹配引入的像差对共聚焦显微镜成像的影响，根据Richards 和Wolf 矢量衍射积分建立计算模型，分析共聚焦显微镜常用的两种情况中存在折射率不匹配时的点扩散函数(PSF)，并通过实验进行验证。光束经过折射率不匹配的油-盖玻片-水聚焦时，探测深度从0.5 μm 增至10 μm ，其PSF 的z 轴半峰全宽(FWHM)从0.4391 μm 变为0.931 μm ，其光强最大值从1.161 降为0.4119。当探测深度为10 μm 时，折射率匹配的空气-空气-空气的PSF 的z 轴FWHM 为1.059 μm ，光强最大值为1；而折射率不匹配的空气-玻璃-水的PSF 的z 轴FWHM 为7.5 μm ，光强最大值为0.04632。当探测深度较大时，折射率不匹配引入的像差会导致光斑变大和不对称，能量分散，影响成像质量。

性能稳定可靠的宽调谐光参变振荡器(OPO)是一种非常理想的相干光源，具有最佳的相干性和调谐范围，对于光谱分析、激光干涉计量、遥感、差分吸收雷达等具有重要意义。谐振腔结构、聚焦参数、抽运阈值比、热效应、群速度色散以及其他非线性效应都会影响光参变振荡器的稳定性。详细分析了影响光参变变换稳定性的各种因素，并指出实现单频运转是减弱输出波长噪声最有效的办法。